rust-patterns

# Patrones de Desarrollo Rust Patrones idiomáticos y buenas prácticas de Rust para construir aplicaciones seguras, eficientes y mantenibles. ## Cuándo Usar - Escribir código Rust nuevo - Revisar código Rust - Refactorizar código Rust existente - Diseñar la estructura de crates y la organización de módulos ## Cómo Funciona Este skill refuerza las convenciones idiomáticas de Rust en seis áreas clave: ownership y borrowing para prevenir data races en tiempo de compilación, propagación de errores con `Result`/`?` usando `thiserror` para bibliotecas y `anyhow` para aplicaciones, enums y pattern matching exhaustivo para hacer imposibles los estados inválidos, traits y genéricos para abstracciones de costo cero, concurrencia segura con `Arc<Mutex<T>>`, canales y async/await, y superficies `pub` mínimas organizadas por dominio. ## Principios Fundamentales ### 1. Ownership y Borrowing El sistema de ownership de Rust previene data races y bugs de memoria en tiempo de compilación. ```rust // Bien: Pasar referencias cuando no se necesita el ownership fn process(data: &[u8]) -> usize { data.len() } // Bien: Tomar ownership solo cuando se necesita almacenar o consumir fn store(data: Vec<u8>) -> Record { Record { payload: data } } // Mal: Clonar innecesariamente para evitar el borrow checker fn process_bad(data: &Vec<u8>) -> usize { let cloned = data.clone(); // Costoso — solo tomar prestado cloned.len() } ``` ### Usar `Cow` para Ownership Flexible ```rust use std::borrow::Cow; fn normalize(input: &str) -> Cow<'_, str> { if input.contains(' ') { Cow::Owned(input.replace(' ', "_")) } else { Cow::Borrowed(input) // Costo cero cuando no se necesita mutación } } ``` ## Manejo de Errores ### Usar `Result` y `?` — Nunca `unwrap()` en Producción ```rust // Bien: Propagar errores con contexto use anyhow::{Context, Result}; fn load_config(path: &str) -> Result<Config> { let content = std::fs::read_to_string(path) .with_context(|| format!("failed to read config from {path}"))?; let config: Config = toml::from_str(&content) .with_context(|| format!("failed to parse config from {path}"))?; Ok(config) } // Mal: Causa panic en caso de error fn load_config_bad(path: &str) -> Config { let content = std::fs::read_to_string(path).unwrap(); // ¡Panic! toml::from_str(&content).unwrap() } ``` ### Errores de Biblioteca con `thiserror`, Errores de Aplicación con `anyhow` ```rust // Código de biblioteca: errores estructurados y tipados use thiserror::Error; #[derive(Debug, Error)] pub enum StorageError { #[error("record not found: {id}")] NotFound { id: String }, #[error("connection failed")] Connection(#[from] std::io::Error), #[error("invalid data: {0}")] InvalidData(String), } // Código de aplicación: manejo de errores flexible use anyhow::{bail, Result}; fn run() -> Result<()> { let config = load_config("app.toml")?; if config.workers == 0 { bail!("worker count must be > 0"); } Ok(()) } ``` ### Combinadores de `Option` en Lugar de Matching Anidado ```rust // Bien: Cadena de combinadores fn find_user_email(users: &[User], id: u64) -> Option<String> { users.iter() .find(|u| u.id == id) .map(|u| u.email.clone()) } // Mal: Matching profundamente anidado fn find_user_email_bad(users: &[User], id: u64) -> Option<String> { match users.iter().find(|u| u.id == id) { Some(user) => match &user.email { email => Some(email.clone()), }, None => None, } } ``` ## Enums y Pattern Matching ### Modelar Estados con Enums ```rust // Bien: Los estados imposibles son irrepresentables enum ConnectionState { Disconnected, Connecting { attempt: u32 }, Connected { session_id: String }, Failed { reason: String, retries: u32 }, } fn handle(state: &ConnectionState) { match state { ConnectionState::Disconnected => connect(), ConnectionState::Connecting { attempt } if *attempt > 3 => abort(), ConnectionState::Connecting { .. } => wait(), ConnectionState::Connected { session_id } => use_session(session_id), ConnectionState::Failed { retries, .. } if *retries < 5 => retry(), ConnectionState::Failed { reason, .. } => log_failure(reason), } } ``` ### Matching Exhaustivo — Sin Comodín en Lógica de Negocio ```rust // Bien: Manejar cada variante explícitamente match command { Command::Start => start_service(), Command::Stop => stop_service(), Command::Restart => restart_service(), // Agregar una nueva variante fuerza su manejo aquí } // Mal: El comodín oculta nuevas variantes match command { Command::Start => start_service(), _ => {} // Ignora silenciosamente Stop, Restart y variantes futuras } ``` ## Traits y Genéricos ### Aceptar Genéricos, Retornar Tipos Concretos ```rust // Bien: Entrada genérica, salida concreta fn read_all(reader: &mut impl Read) -> std::io::Result<Vec<u8>> { let mut buf = Vec::new(); reader.read_to_end(&mut buf)?; Ok(buf) } // Bien: Bounds de traits para múltiples restricciones fn process<T: Display + Send + 'static>(item: T) -> String { format!("processed: {item}") } ``` ### Trait Objects para Dispatch Dinámico ```rust // Usar cuando se necesitan colecciones heterogéneas o sistemas de plugins trait Handler: Send + Sync { fn handle(&self, request: &Request) -> Response; } struct Router { handlers: Vec<Box<dyn Handler>>, } // Usar genéricos cuando se necesita rendimiento (monomorfización) fn fast_process<H: Handler>(handler: &H, request: &Request) -> Response { handler.handle(request) } ``` ### Patrón Newtype para Seguridad de Tipos ```rust // Bien: Tipos distintos previenen mezclar argumentos struct UserId(u64); struct OrderId(u64); fn get_order(user: UserId, order: OrderId) -> Result<Order> { // No se pueden intercambiar accidentalmente user ID y order ID todo!() } // Mal: Fácil intercambiar argumentos fn get_order_bad(user_id: u64, order_id: u64) -> Result<Order> { todo!() } ``` ## Structs y Modelado de Datos ### Patrón Builder para Construcción Compleja ```rust struct ServerConfig { host: String, port: u16, max_connections: usize, } impl ServerConfig { fn builder(host: impl Into<String>, port: u16) -> ServerConfigBuilder { ServerConfigBuilder { host: host.into(), port, max_connections: 100 } } } struct ServerConfigBuilder { host: String, port: u16, max_connections: usize } impl ServerConfigBuilder { fn max_connections(mut self, n: usize) -> Self { self.max_connections = n; self } fn build(self) -> ServerConfig { ServerConfig { host: self.host, port: self.port, max_connections: self.max_connections } } } // Uso: ServerConfig::builder("localhost", 8080).max_connections(200).build() ``` ## Iteradores y Closures ### Preferir Cadenas de Iteradores sobre Bucles Manuales ```rust // Bien: Declarativo, lazy, composable let active_emails: Vec<String> = users.iter() .filter(|u| u.is_active) .map(|u| u.email.clone()) .collect(); // Mal: Acumulación imperativa let mut active_emails = Vec::new(); for user in &users { if user.is_active { active_emails.push(user.email.clone()); } } ``` ### Usar `collect()` con Anotación de Tipo ```rust // Recolectar en diferentes tipos let names: Vec<_> = items.iter().map(|i| &i.name).collect(); let lookup: HashMap<_, _> = items.iter().map(|i| (i.id, i)).collect(); let combined: String = parts.iter().copied().collect(); // Recolectar Results — cortocircuita al primer error let parsed: Result<Vec<i32>, _> = strings.iter().map(|s| s.parse()).collect(); ``` ## Concurrencia ### `Arc<Mutex<T>>` para Estado Mutable Compartido ```rust use std::sync::{Arc, Mutex}; let counter = Arc::new(Mutex::new(0)); let handles: Vec<_> = (0..10).map(|_| { let counter = Arc::clone(&counter); std::thread::spawn(move || { let mut num = counter.lock().expect("mutex poisoned"); *num += 1; }) }).collect(); for handle in handles { handle.join().expect("worker thread panicked"); } ``` ### Canales para Paso de Mensajes ```rust use std::sync::mpsc; let (tx, rx) = mpsc::sync_channel(16); // Canal acotado con backpressure for i in 0..5 { let tx = tx.clone(); std::thread::spawn(move || { tx.send(format!("message {i}")).expect("receiver disconnected"); }); } drop(tx); // Cerrar el sender para que el iterador rx termine for msg in rx { println!("{msg}"); } ``` ### Async con Tokio ```rust use tokio::time::Duration; async fn fetch_with_timeout(url: &str) -> Result<String> { let response = tokio::time::timeout( Duration::from_secs(5), reqwest::get(url), ) .await .context("request timed out")? .context("request failed")?; response.text().await.context("failed to read body") } // Lanzar tareas concurrentes async fn fetch_all(urls: Vec<String>) -> Vec<Result<String>> { let handles: Vec<_> = urls.into_iter() .map(|url| tokio::spawn(async move { fetch_with_timeout(&url).await })) .collect(); let mut results = Vec::with_capacity(handles.len()); for handle in handles { results.push(handle.await.unwrap_or_else(|e| panic!("spawned task panicked: {e}"))); } results } ``` ## Código Unsafe ### Cuándo Unsafe Es Aceptable ```rust // Aceptable: Frontera FFI con invariantes documentados (Rust 2024+) /// # Safety /// `ptr` must be a valid, aligned pointer to an initialized `Widget`. unsafe fn widget_from_raw<'a>(ptr: *const Widget) -> &'a Widget { // SAFETY: el llamador garantiza que ptr es válido y alineado unsafe { &*ptr } } // Aceptable: Ruta crítica de rendimiento con prueba de corrección // SAFETY: index is always < len due to the loop bound unsafe { slice.get_unchecked(index) } ``` ### Cuándo Unsafe NO Es Aceptable ```rust // Mal: Usar unsafe para evadir el borrow checker // Mal: Usar unsafe por conveniencia // Mal: Usar unsafe sin un comentario Safety // Mal: Hacer transmute entre tipos no relacionados ``` ## Sistema de Módulos y Estructura de Crates ### Organizar por Dominio, No por Tipo ```text my_app/ ├── src/ │ ├── main.rs │ ├── lib.rs │ ├── auth/ # Módulo de dominio │ │ ├── mod.rs │ │ ├── token.rs │ │ └── middleware.rs │ ├── orders/ # Módulo de dominio │ │ ├── mod.rs │ │ ├── model.rs │ │ └── service.rs │ └── db/ # Infraestructura │ ├── mod.rs │ └── pool.rs ├── tests/ # Pruebas de integración ├── benches/ # Benchmarks └── Cargo.toml ``` ### Visibilidad — Exponer el Mínimo ```rust // Bien: pub(crate) para compartir internamente