Clone と Copy

CoddyのRustジャーニー「Object Oriented Programming」セクションの一部 — レッスン 37/61。

Rustでは、値を別の変数に代入すると、通常、所有権が移動（ムーブ）し、元の変数は無効になります。しかし、2つの標準的なトレイトがこの挙動を変更します：Clone と Copy です。

Copy トレイトは、暗黙的なビット単位のコピーを可能にします。ある型が Copy を実装している場合、それを別の変数に代入すると、所有権を移動する代わりに自動的にコピーが作成されます：

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

let p1 = Point { x: 10, y: 20 };
let p2 = p1;  // p1はコピーされ、ムーブされません

println!("{}, {}", p1.x, p2.x);  // どちらも有効です！

Cloneトレイトは、.clone()メソッドを通じて明示的なディープコピーを提供します。これはCopyを派生させる場合には常に必要ですが、明示的なコピーが必要な型に対して単独で使用することもできます。

let p3 = p1.clone();  // 明示的なコピー

重要な制限があります：Copy は、すべてのフィールドも Copy を実装している型に対してのみ派生させることができます。整数や浮動小数点数のような単純な型は Copy ですが、String はそうではありません。ヒープメモリを管理しているからです。構造体に String が含まれている場合、Copy ではなく Clone のみを派生させることができます。

トレイト	振る舞い	用途
`Copy`	暗黙的、自動的	スタックのみに配置される単純なデータ
`Clone`	`.clone()` による明示的	複製可能なあらゆるデータ

プリミティブなフィールドを持つシンプルな構造体の場合、両方のトレイトを派生させることで、所有権を気にすることなく自由に値を代入できるようになります。

チャレンジ

簡単

Copy トレイトと Clone トレイトの違いを実証する座標システムを構築しましょう！暗黙的にコピーできる構造体と、明示的なクローンが必要な構造体の2つを作成し、派生させるトレイトに基づいて Rust がどのように複製の処理を変えるかを確認します。

コードは2つのファイルに分けて構成します：

coordinates.rs: 異なる種類の座標を表す2つの公開構造体を定義します：
- GridPoint — 公開フィールド x と y（どちらも i32）を持ちます。プリミティブ型のみを含むため、Copy と Clone の両方を派生させ、代入時に暗黙的にコピーできるようにします。
- NamedLocation — 公開フィールド name (String) と x/y (i32) を持ちます。String を含んでいるため、Clone のみを派生させ、Copy は派生させられません。この構造体を複製するには、明示的な .clone() の呼び出しが必要になります。
main.rs: coordinates モジュールを取り込み、各構造体が複製時にどのように異なる挙動を示すかを実証します。提供された入力を使用してインスタンスを作成し、以下を示してください：
- GridPoint は別の変数に代入でき、両方の変数が有効なままであること（暗黙的なコピー）
- NamedLocation は、元の変数を有効に保ったまま複製を作成するために .clone() を使用する必要があること

出力には、複製後も両方の変数が有効であることを証明するために、元の値とコピー/クローンされた値の両方を表示する必要があります：

Original point: ({x}, {y})
Copied point: ({x}, {y})
Original location: {name} at ({x}, {y})
Cloned location: {name} at ({x}, {y})

例えば、入力が 5、10、Home の場合：

Original point: (5, 10)
Copied point: (5, 10)
Original location: Home at (5, 10)
Cloned location: Home at (5, 10)

3つの入力を受け取ります：x 座標（i32 としてパース）、y 座標（i32 としてパース）、および場所の名前です。

チートシート

Copy トレイトは、暗黙的なビット単位のコピーを可能にします。型が Copy を実装している場合、それを別の変数に代入すると、所有権が移動する代わりに自動的にコピーが作成されます：

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

let p1 = Point { x: 10, y: 20 };
let p2 = p1;  // p1 はコピーされ、移動しません

println!("{}, {}", p1.x, p2.x);  // 両方とも有効です！

Clone トレイトは、.clone() メソッドを通じて明示的なディープコピーを提供します：

let p3 = p1.clone();  // 明示的なコピー

Copy は、すべてのフィールドも Copy を実装している型に対してのみ派生（derive）できます。整数や浮動小数点数のような単純な型は Copy ですが、String はそうではありません。構造体に String が含まれている場合、Clone のみを派生させることができ、Copy は派生させられません。

トレイト	振る舞い	用途
`Copy`	暗黙的、自動的	スタックのみの単純なデータ
`Clone`	`.clone()` による明示的	複製可能なあらゆるデータ

Copy を派生させる場合は、Clone も派生させる必要があります。

自分で試してみよう

mod coordinates;

use coordinates::{GridPoint, NamedLocation};

fn main() {
    // 入力を読み込む
    let mut input1 = String::new();
    std::io::stdin().read_line(&mut input1).expect("Failed to read line");
    let x: i32 = input1.trim().parse().expect("Invalid number");

    let mut input2 = String::new();
    std::io::stdin().read_line(&mut input2).expect("Failed to read line");
    let y: i32 = input2.trim().parse().expect("Invalid number");

    let mut input3 = String::new();
    std::io::stdin().read_line(&mut input3).expect("Failed to read line");
    let name = input3.trim().to_string();

    // TODO: x と y を使用して GridPoint インスタンスを作成する

    // TODO: 別の変数に代入することで暗黙的なコピーを実演する
    // (GridPoint は Copy を実装しているため、自動的にコピーが作成されます)

    // TODO: 元のポイントとコピーされたポイントを表示する
    // フォーマット: "Original point: ({x}, {y})"
    // フォーマット: "Copied point: ({x}, {y})"

    // TODO: name、x、y を使用して NamedLocation インスタンスを作成する

    // TODO: 明示的なクローンを実演する (NamedLocation は Clone のみを実装し、Copy は実装していません)
    // 複製を作成するために .clone() を使用する

    // TODO: 元のロケーションとクローンされたロケーションを表示する
    // フォーマット: "Original location: {name} at ({x}, {y})"
    // フォーマット: "Cloned location: {name} at ({x}, {y})"
}