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RustのCopy & Cloneトレイト：違いを見分けられますか？

2025/03/02に公開
Rust
 兄弟のような Copy と CloneRust 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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RustのCopy & Cloneトレイト：違いを見分けられますか？

兄弟のような Copy と Clone

`Copy` トレイト

`Copy` トレイトとは？

`Copy` トレイトの実装方法

`Copy` トレイトを実装できる型

`Copy` トレイトが必要な理由

`Clone` トレイト

`Clone` トレイトとは？

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`Clone` トレイトを実装できる型

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`Copy` と `Clone` の違いと関係

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