知りたいこと

構造体のフィールドが全てスタック上にある場合，MoveセマンティクスとCopyセマンティクスはほとんど同じ？
そのような構造体には常にCopyトレイトを実装しても良い（もしくはいつ実装すべきか）？

内容

まず１についてです．struct Point { x: f64, y: f64 } のような構造体をmoveすると，x，yの値がそれぞれコピーされます．実際，以下のようなコードを実行すると，r1とr2が別物であることが分かります．

Rust
1struct Point { x: f64, y: f64 }
2fn main() {
3    let r1 = Point { x: 0.0, y: 0.0 };
4    println!("r1: {:p},{:p},{:p}", &r1, &r1.x, &r1.y);
5    let r2 = r1;
6    // println!("r1: {:p},{:p},{:p}", &r1, &r1.x, &r1.y); <- Compile error!
7    println!("r2: {:p},{:p},{:p}", &r2, &r2.x, &r2.y);
8}

r1: 0x7ffe4731eb48,0x7ffe4731eb48,0x7ffe4731eb50
r2: 0x7ffe4731ebe8,0x7ffe4731ebe8,0x7ffe4731ebf0

また，同じ構造体にCopyトレイトを実装した場合let r2 = r1;はcopyセマンティクスになりますが，当然この時もx，yはコピーされます．

Rust
1#[derive(Clone, Copy)]
2struct Point { x: f64, y: f64 }
3fn main() {
4    let r1 = Point { x: 0.0, y: 0.0 };
5    println!("r1: {:p},{:p},{:p}", &r1, &r1.x, &r1.y);
6    let r2 = r1;
7    println!("r1: {:p},{:p},{:p}", &r1, &r1.x, &r1.y);
8    println!("r2: {:p},{:p},{:p}", &r2, &r2.x, &r2.y);
9}

r1: 0x7fff72f1ee38,0x7fff72f1ee38,0x7fff72f1ee40
r1: 0x7fff72f1ee38,0x7fff72f1ee38,0x7fff72f1ee40
r2: 0x7fff72f1eed8,0x7fff72f1eed8,0x7fff72f1eee0

このPointのようにフィールドが全てスタック上にあるような構造体の場合，moveセマンティクスとcopyセマンティクスの違いはなんでしょうか？let r2 = r1;のあとr1が使える・使えない以外は同じに思えます．

そして２の質問ですが，もしmoveとcopyで同じようにコピーが発生するなら，Pointのような構造体には常にCopyトレイトを実装しても良いのでしょうか？どうせ全てコピーされるなら，Copyトレイトを実装していたほうができることが増えるから良いような気がします（例えばlet p = points[0]）．逆に，それが良くないことならば，Copyトレイトはいつ実装するのが正しいのでしょうか？

行動規範の内容に同意します

回答1件

ベストアンサー

まず、最初に説明しなければならないのは、Moveセマンティクス、Copyセマンティクスというのは言語仕様の世界の話であり、実装の世界とは別のものであるという点です。

Moveセマンティクス、Copyセマンティクスは、言語仕様として代入等の操作がどのような意味を持つかということを示すものです。
Moveセマンティクスなら所有権の移動が行われて元の変数は失効します。
Copyセマンティクスなら、暗黙的にコピーが行われて元の変数とコピーされた変数はそれぞれ別の変数として残ります。

一方で、実装においてMoveセマンティクスやCopyセマンティクスがどう実装されているかというのは、実装に依存する話です。
実装は言語仕様を満たしていなければなりませんが、満たす方法については実装依存になります。
ですから、例のようなMoveセマンティクスの場合に、変数のメモリ自体は同じ場所を使い回すことでメモリコピーを節約するような実装をすることも可能なはずです。

ということから、 1. の回答としては「MoveセマンティクスとCopyセマンティクスは明確に異なる」です。
MoveセマンティクスとCopyセマンティクスは言語仕様の世界で見ると所有権の扱いが全く異なります。
ですから、

この Point のようにフィールドが全てスタック上にあるような構造体の場合，moveセマンティクスとcopyセマンティクスの違いはなんでしょうか？ let r2 = r1; のあと r1 が使える・使えない以外は同じに思えます．

という疑問については、「r1 が使える・使えない以外は同じ」という見方が適切ではないということです。

この所有権の扱いの違いは、2. のCopyトレイトを常に実装すべきかという話にも関わります。
結論から言えば、Copyを実装すべきかどうかは、明示的に複製すべき型なのか、暗黙的・自動的に複製すべき型なのかを考慮して決めることになります。
データの中には、データを複製する操作がデータに対する操作の１つとして意味的に重要なものと、実装の都合で複製するだけであまり重要でないものがあります。

例えば、下のコードでは Transfer は中身がプリミティブ型しかないので Clone、Copy を簡単に実装できますが、気軽にコピーされることによって意図しない実装をする可能性があり、むしろ正しいコードを書くことが難しくなっています。
これは、transfer を複製するという処理が重要な意味を持つためです。
このような場合、むしろ意図的に Copy を実装しないことで、.clone() を書くことを強制させるという手法があります。

/// 振込を表す
#[derive(Clone, Copy)]
struct Transfer {
    // 振込元の口座ID
    from_account: u64,
    // 振込先の口座ID
    to_account: u64,
    // 振込金額
    sum: u64,
}

fn main() {
    loop {
        let transfer = recv_transfer();

        execute_transfer(transfer); // ここで暗黙的に複製されている
        execute_transfer(transfer); // 簡単に複数回実行できてほしくない！
    }
}

また、コードの変更に伴う互換性の破壊というリスクもあります。
コードの変更で構造体内に Vec<_> 等が追加される場合、Copy を実装することはできなくなります。
このとき、構造体を使用するコードで Copy に依存する使い方が多数ある場合、修正コストが大きくなります。
このように、不用意に実装が可能だからといって Copy を実装してしまうと、コードの変更に関するリスクを抱え込むことになります。

以上から、Copy を実装するのは、コードの意味的にその型が Copy であることが妥当であると判断してからにすべきです。

投稿2021/12/01 02:38