兄弟のような Copy と Clone
Rust において、Copy と Clone のトレイトは、型のコピーの挙動を制御するために使用されます。これらを使うことで、型の値をどのようにコピーするか、またどのような状況でコピーが可能かを定義できます。本記事では、この二つのトレイトの役割と使い方について詳しく説明し、コード例を交えてその使用方法を紹介します。
Copy トレイト
Copy トレイトは、型がビット単位でコピーできることを示します。このトレイトを実装した型は、代入、関数への引数渡し、戻り値として返す際に自動的にコピーされます。
Copy トレイトとは？
Copy トレイトはマーカー・トレイト（marker trait）であり、メソッドを一切持ちません。このトレイトは単に「この型はビット単位でコピー可能である」ことを示すためのものです。
#[derive(Copy)]
struct Point {
x: i32,
y: i32,
}
Copy トレイトの実装方法
Copy トレイトを実装するには、型の定義に #[derive(Copy)] 属性を追加する必要があります。さらに、Copy を実装する型は Clone も実装しなければならないため、#[derive(Clone)] も併せて指定します。
#[derive(Copy, Clone)]
struct Point {
x: i32,
y: i32,
}
もし Copy トレイトを実装しようとして Clone を実装しなかった場合、コンパイルエラーが発生します。例えば：
#[derive(Copy)]
struct Point {
x: i32,
y: i32,
}
// error[E0277]: the trait bound `Point: std::clone::Clone` is not satisfied
エラーメッセージが示す通り、Point 型が Clone トレイトを実装していないため、Copy を実装することができません。
これは、Copy を実装するすべての型が Clone も実装する必要があるためです。Rust では clone メソッドを明示的に呼び出す際、ユーザーがビット単位のコピーを意図していると判断されます。そのため、Copy トレイトを実装する場合、必ず Clone も実装しなければなりません。
Copy トレイトを実装できる型
すべての型が Copy を実装できるわけではありません。以下の条件を満たす型のみが Copy を実装できます。
- 型自体が「POD（Plain Old Data）」型であること（つまり、ポインタや参照を含まないこと）。
- その型のすべてのフィールドが
Copyを実装していること。
例えば、以下の型は Copy を実装できません。なぜなら、参照フィールドを含んでいるためです。
struct Foo<'a> {
x: &'a i32,
}
// error[E0204]: the trait `Copy` may not be implemented for this type
impl Copy for Foo<'_> {}
Copy トレイトが必要な理由
Copy トレイトを実装することで、型の値を代入や引数渡し、戻り値として返す際に明示的に clone を呼び出す必要がなくなります。
また、Copy 型の値は常にビット単位でコピーされるため、コピー処理のオーバーヘッドが少なくなります。これはプログラムのパフォーマンス向上に役立ちます。
Clone トレイト
Copy とは異なり、Clone トレイトは型の値を明示的にコピーすることを可能にします。このトレイトを実装した型は、clone メソッドを呼び出して新しいコピーを作成できます。
Clone トレイトとは？
Copy とは異なり、Clone は通常のトレイトであり、clone というメソッドを持っています。このメソッドは、新しいコピーを作成するために使用されます。
#[derive(Clone)]
struct Point {
x: i32,
y: i32,
}
Clone トレイトの実装方法
Clone トレイトを実装するには、#[derive(Clone)] を指定するか、clone メソッドを手動で実装する方法があります。
#[derive(Clone)]
struct Point {
x: i32,
y: i32,
}
// `clone` メソッドを手動実装する場合
impl Clone for Point {
fn clone(&self) -> Self {
Self { x: self.x, y: self.y }
}
}
Clone トレイトを実装できる型
ほとんどすべての型は Clone を実装できます。新しいコピーを作成する方法さえ定義できれば、Clone を実装できます。
Clone トレイトが必要な理由
Clone トレイトを使うことで、明示的に型の値をコピーできます。これは、ポインタや参照を含む型など、ビット単位のコピーができない場合に特に有用です。
さらに、Clone トレイトを実装することで、コピーの際に特定の処理を追加できます。例えば、clone メソッド内でリソースの確保やカウンタの更新を行うことが可能です。
Copy と Clone の違いと関係
Copy と Clone の両方が型のコピーに関するトレイトですが、それぞれの役割には違いがあります。
-
Copyはマーカー・トレイトであり、型がビット単位でコピー可能であることを示します。このトレイトを実装すると、代入や関数の引数・戻り値として自動的にコピーされます。 -
Cloneは通常のトレイトであり、cloneメソッドを提供します。このメソッドを呼び出すことで、明示的に新しいコピーを作成できます。
さらに、Copy を実装するすべての型は Clone も実装しなければなりません。これは、明示的に clone を呼び出す際に、Rust がビット単位でコピーすることを保証するためです。
実例
以下に、Copy と Clone を使用したコード例を示します。
#[derive(Copy, Clone)]
struct Point {
x: i32,
y: i32,
}
fn main() {
let p1 = Point { x: 1, y: 2 };
let p2 = p1; // 自動コピー
let p3 = p1.clone(); // 明示的なコピー
}
この例では、Point 型を定義し、Copy と Clone を実装しました。main 関数内で Point の値を別の変数に代入すると、Copy により自動的にコピーされます。また、clone メソッドを呼び出すことで、明示的に新しいコピーを作成できます。
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