Rustのパターン付きループ: loopとwhile let

Rustにおいてループは、単なる繰り返し処理を超えた表現力豊かな制御構造です。一般的な for や while に加え、値を直接返せる loop 式、パターンマッチングと連携してデータを消費する while let、そして多重ループを的確に制御するループラベルが備わっています。

10歳でもわかる説明：自動販売機とペッツ（キャンディ容器）#

2つのお菓子の仕組みをイメージしてください：

1. 自動販売機 (loop と break 値): 大当たりが出るまでコインを投入し続け、当たりが出た瞬間に景品が排出口から直接手元に戻ってきます（break 景品）。
2. ペッツ容器 (while let Some(キャンディ)): 首を後ろに倒すたびにキャンディがあるか確認します。キャンディが出てくる限り（Some(キャンディ)）、食べ続けます。容器が空になった瞬間（None）、自然に食べるのをやめます。

graph TD
    Start["ループ開始"] --> PatternMatch{"式がパターンにマッチするか？<br/>(例: Some(item))"}
    PatternMatch -->|Yes: item を抽出| LoopBody["item を使ってループ本体を実行"]
    LoopBody --> NextEval["次の要素 / 状態を評価"]
    NextEval --> PatternMatch
    PatternMatch -->|No: None / 不一致| Terminate["ループを正常終了"]

式としての loop: 値を返すループ#

C系言語の多くではループは文（statement）ですが、Rustの loop は式（expression）です。break の後ろに値を指定することで、ループから直接値を返すことができます：

fn retry_operation() -> i32 {
    let mut attempts = 0;

    let result = loop {
        attempts += 1;
        
        if attempts == 3 {
            // loop式から値 42 を直接 result 変数へ返す
            break attempts * 14;
        }
    };

    result
}

fn main() {
    let output = retry_operation();
    println!("処理結果: {output}"); // 42
}

graph LR
    LStart["loop 開始"] --> Work["リトライ処理の実行"]
    Work --> Check{"成功条件を満たしたか？"}
    Check -->|No| Work
    Check -->|Yes: break value| ReturnVal["result = 返された値"]

while let: パターンがマッチする間繰り返す#

スタックやキュー、チャネル、イテレータから順次要素を取り出す際、while let を使うことでスマートに記述できます：

冗長な書き方 (loop + match)#

let mut stack = vec![1, 2, 3];

loop {
    match stack.pop() {
        Some(top) => println!("取り出した値: {top}"),
        None => break, // 空になったら脱出
    }
}

while let による洗練された書き方#

let mut stack = vec![1, 2, 3];

// stack.pop() が Some(top) を返す限り継続
while let Some(top) = stack.pop() {
    println!("取り出した値: {top}");
}

[!TIP] チャネル受信 (receiver.recv()) やスタックの消費など、None や Err になるまで継続してデータを取り出す場面では常に while let を検討してください。

ループラベル: ネストした多重ループの制御#

入れ子になったループでは、通常の break や continue は最も内側のループにのみ適用されます。ループラベル（シングルクォート ' で始まる名前）を付けることで、外側のループを明示的に指定して脱出できます：

fn main() {
    let mut count = 0;

    'counting_up: loop {
        println!("count = {count}");
        let mut remaining = 10;

        loop {
            println!("remaining = {remaining}");
            if remaining == 9 {
                break; // 内側のループのみを脱出
            }
            if count == 2 {
                break 'counting_up; // 外側の 'counting_up ループを脱出
            }
            remaining -= 1;
        }

        count += 1;
    }
    
    println!("End count = {count}");
}

sequenceDiagram
    participant Outer as 外側ループ
    participant Inner as 内側ループ
    
    Outer->>Inner: 内側ループへ進入
    Inner->>Inner: remaining == 9: break 内側
    Inner-->>Outer: 外側ループに戻る
    Outer->>Inner: 内側ループへ進入 count 2
    Inner->>Outer: break counting_up: 外側ループから脱出

ループ構文の比較まとめ#

まとめ#

• loop は break 値 により計算結果を直接返すことができます。
• while let はシーケンスの取り出し処理において冗長な loop + match を完全に解消します。
• ループラベル（'label: loop）により、複雑な多重ループのジャンプ先を正確に制御できます。

参考資料#

• The Rust Programming Language - Repetition with Loops ↗
• The Rust Programming Language - Concise Control Flow with if let and while let ↗
• Rust by Example - while let ↗