Rustの所有権

よく分からないので調べたことをまとめた。スタック・ヒープに関しては正確に捉えられているかどうか怪しい。

* 20180825 @scivola さん、@uasi さんから指摘をいただき、修正しました。

所有権

rust の変数束縛は束縛されている値の「所有権を持つ」。

これは「束縛がスコープから外れるとき、Rust は束縛されているリソースを解放する」ということ、この挙動は他の言語とあまり変わりない。

fn foo() {
    let v = vec![1, 2, 3];
    // ベクタがスタックに作成され、要素を格納するためにヒープに空間を割り当てられる(スタックアロケート)
}   // <- スコープから外れる時、ベクタに関連するものがスタックから削除される(スタックデアロケート)

ムーブセマンティクス

Rust は与えられたリソースに対する束縛が1つだけであることを保証する。
別の変数に束縛できるが、元々の変数が参照できなくなる。つまり、所有権が移動する。

let v = vec![1, 2, 3];

let v2 = v;// <- value moved here

println!("v[0] is: {}", v[0]);// <- Error!!! value used here after move

下記の例では 所有権がmain関数スコープのvからtake関数のスコープのvに移動するため、 同様にエラーが出力される。

fn main() {
    let v = vec![1, 2, 3];

    take(v);// <- value moved here

    println!("v[0] is: {}", v[0]);// <- Error!!! value used here after move
}

fn take(v: Vec<i32>) {
    println!("v[0] is: {}", v[0]);
}

なぜ？

以下のコード例で説明する。

let v = vec![1, 2, 3];
let mut _v2 = v;// <-- value moved here
println!("v[0] is {}", v[0]);// <-- Error!!! value used here after move

1行目ではベクタオブジェクトvのために、スタック上にメモリを割り当てる。そして、先頭の要素v[0]のヒープ領域のアドレス(2^30)-3をポインタとして持つ。

Address	Name	Value	Note
(2^30)-1		3	v[2]の値
(2^30)-2		2	v[1]の値
(2^30)-3		1	v[0]の値
...	...	...	...
3	v.len	3	vのサイズ
2	v.buf.allocator	some allocator	可変長のためバッファを持つ
1	v.buf.capacity	3	vの容量
0	v.buf.ptr	->(2^30)-3	先頭要素のヒープ領域のポインタ

2行目では所有権が移動する。つまり、ベクタオブジェクトvの持つスタック領域の情報をベクタオブジェクト_v2にコピーする。よって同じヒープ領域を示すポインタが2つ存在することになる。

Address	Name	Value
(2^30)-1		3
(2^30)-2		2
(2^30)-3		1
...	...	...
~~	~~	~~
4	_v2[0]	->(2^30)-3
~~	~~	~~
0	v[0]	->(2^30)-3

例えば,_v2.truncate(2)といった処理を行い、要素を2つ切り詰めたとする。そうなると、ベクタオブジェクトvは存在しないヒープ領域をポインタに持つことになる。このようなデータ競合を防ぐため、Rustではコピー元のベクタオブジェクトvの使用を禁止する。

プリミティブ型は違う

所有権が移動した時、元の変数は使用できない。しかし、i32などのプリミティブ型はその限りでない。これはCopy トレイトを実装しており、所有権の移動ではなく、完全なコピーを行なっているためである。

なぜプリミティブ型は「完全なコピー」なのか

以下のコード例で説明する。

let x: i32 = 1;
let _y: i32 = x;
println!("x is {}", x); // x is 1

1行目のスタックアロケートは以下のようになる。

Address	Name	Value
...	...	...
0	x	1

2行目では単純にxの値を参照して、_yへの代入が行われるため、以下のようになる。

Address	Name	Value
...	...	...
1	_y	1
0	x	1

プリミティブ型はベクタオブジェクトとは異なり、ヒープ領域を利用しない。つまり、別のアドレスへのポインタを持たない。よって、データ競合は起こりえないため、完全なコピーが許されている。