RustのCopy vs Clone: 違いは何ですか?

良い兄弟: RustのCopyとClone

Rustでは、CopyとCloneトレイトは型のコピー動作を制御します。これらのトレイトを使用すると、型の値がどのようにコピーされるか、およびどのような状況でコピーが許可されるかを定義できます。この記事では、これらの2つのトレイトの目的と使用法を詳細に紹介し、その使用法を示すコード例を示します。

Copyトレイト

Copyトレイトは、型がビットごとにコピーできることを意味します。型がCopyトレイトを実装すると、その値は、割り当て、引数としての受け渡し、または返されるときに自動的に複製されます。

Copyトレイトとは?

Copyトレイトはマーカートレイトです。つまり、メソッドを定義しません。単に型をビット単位のコピーの対象としてマークします。

#[derive(Copy)]
struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

Copyトレイトを実装する方法?

Copyトレイトを実装するには、#[derive(Copy)]属性を型定義に追加する必要があります。さらに、Copyを実装するすべての型はCloneも実装する必要があるため、型はCloneトレイトも実装する必要があります。

#[derive(Copy, Clone)]
struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

Cloneも実装せずにCopyを実装しようとすると、コンパイラはエラーをスローします。

#[derive(Copy)]
struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

// error[E0277]: the trait bound `Point: std::clone::Clone` is not satisfied

エラーメッセージは、Point型がCloneトレイトを実装していないため、Copyを実装できないことを示しています。

この要件が存在するのは、すべてのCopy型がCloneも実装する必要があるためです。cloneメソッドを明示的に呼び出すと、Rustはコピーを作成する意図があると見なし、コピー動作が明確に定義されていることを確認したいと考えます。したがって、Copyを実装する場合は、Cloneも実装する必要があります。

どの型がCopyを実装できるか?

すべての型がCopyを実装できるわけではありません。次の基準を満たす型のみが対象となります。

• 型自体が**Plain Old Data (POD)**型であること。つまり、ポインタまたは参照を含まないこと。
• 型のすべてのフィールドもCopyを実装する必要がある。

たとえば、次の型は参照フィールドが含まれているため、Copyを実装できません。

struct Foo<'a> {
    x: &'a i32,
}

// error[E0204]: the trait `Copy` may not be implemented for this type
impl Copy for Foo<'_> {}

なぜCopyトレイトが必要なのか?

Copyトレイトを使用すると、型のコピー動作を制御できます。型がCopyを実装すると、その値は割り当て、関数のパラメータ渡し、および戻り時に自動的に複製されます。これにより、値をコピーするために明示的にclone()を呼び出す必要がなくなります。

さらに、Copy型は常にビット単位のコピーを受けるため、パフォーマンスのオーバーヘッドは最小限です。これは、Rustプログラムでパフォーマンスを最適化する場合に特に役立ちます。

Cloneトレイト

Copyとは異なり、Cloneトレイトを使用すると、型の値を明示的にコピーできます。型がCloneを実装すると、そのclone()メソッドを呼び出して新しいインスタンスを作成できます。

Cloneトレイトとは?

Copyとは異なり、Cloneはメソッドclone()を含む通常のトレイトです。このメソッドは、値の新しいコピーを作成する役割を担います。

#[derive(Clone)]
struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

Cloneトレイトを実装する方法?

Cloneトレイトを実装するには、#[derive(Clone)]属性を追加するか、clone()メソッドを手動で実装します。

#[derive(Clone)]
struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

// `clone()`メソッドの手動実装
impl Clone for Point {
    fn clone(&self) -> Self {
        Self { x: self.x, y: self.y }
    }
}

どの型が Cloneを実装できるか?

ほとんどすべての型がCloneを実装できます。値の新しいコピーを作成する方法を定義できる限り、Cloneを実装できます。

なぜCloneトレイトが必要なのか?

Cloneトレイトを使用すると、値を明示的に複製できます。これは、ポインタまたは参照を含むなど、ビット単位でコピーできない型に特に役立ちます。

さらに、Cloneを使用すると、コピープロセスをカスタマイズできます。clone()メソッド内に必要なロジックを追加して、コピー中に特定のアクションを実行できます。

CopyとCloneの違いと関係

CopyとCloneはどちらも型のコピー方法を制御しますが、重要な違いがあります。

• Copyはマーカートレイトであり、型がビット単位のコピーをサポートすることを示します。型がCopyを実装すると、その値は、割り当て、関数の引数としての受け渡し、および戻り時に自動的に複製されます。
• Cloneは、メソッドclone()を含む通常のトレイトです。型がCloneを実装すると、clone()を明示的に呼び出して新しいコピーを作成できます。

さらに、すべてのCopy型はCloneも実装する必要があります。これにより、clone()を明示的に呼び出すと、Rustはあなたが何をしているのかを理解していると見なし、ビット単位のコピーを許可します。

例の分析

以下は、CopyとCloneの使用法を示す例です。

#[derive(Copy, Clone)]
struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

fn main() {
    let p1 = Point { x: 1, y: 2 };
    let p2 = p1; // 自動的にコピー
    let p3 = p1.clone(); // 明示的にコピー
}

この例では、Point型を定義し、CopyとCloneの両方のトレイトを実装します。main関数では、Point値を作成し、別の変数に割り当てます。PointはCopyを実装しているため、割り当て操作は値を自動的に複製します。さらに、clone()を明示的に呼び出して、値の別のコピーを作成します。

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