Rust常用特型之Clone+Copy特型。在Rust标准库中，存在很多常用的工具类特型，它们能帮助我们写出更具有Rust风格的代码。

今天，我们把Clone 和 Copy 特型放在一起学习。

（注：本文更多的是对《Programing Rust 2nd Edition》的自己翻译和理解，并不是原创）

一 什么是Clone

标准库的Clone特型意味着实现它的类型可以制作一份值的副本。它的定义如下:

trait Clone: Sized {fn clone(&self) -> Self;fn clone_from(&mut self, source: &Self) {*self = source.clone()}
}

它有两个函数，其中一个函数有默认实现，因此我们只需要自己实现第一个函数clone()就好，实际上，运用的最多的也是clone()函数。

clone()函数会构造自身的独立备份并且返回它。因为该函数的返回类似是Self， 因此函数不可能返回unsized值。这是因为Clone特型本身拓展了Sized特型，因此，实现了Clone特型的类型必须是Sized。

克隆一个值通常需要为它所拥有的任何内容重新分配资源，所以克隆在时间和内存上都开销很大。例如, 克隆一个Vec<String> 不仅仅复制了向量本身，也复制了它的每一个字符串元素。这就是为什么Rust不自动实现克隆，而需要你手动显式调用的原因。引用计数指针类型例如Rc<T>andArc<T>是个例外，克隆他们只是简单的增加一个引用计数，并且返回给你一个新的指针。

clone_from函数从一个源值复制，它的默认实现很简单，只是调用了source的clone函数。因为函数参数self的类型是&mut，因此这里只需要重新赋值即可*self = value。这样做是没有问题的，但是某些场景下，有更快的方法来达到同样的效果。

例如 假定s和t都是String，语句s = t.clone() 它首先克隆t，然后drop掉s的旧值，然后移动新复制的值到s。这里涉及到堆的分配和释放两种操作。但是如果指向最开始s的堆缓冲区有足够的容量来容纳t的元素，那么我们就不需要重新分配或者释放堆。你只是简单复制t的文本到s的缓冲区并修改长度即可。

在通用代码中，您应该尽量使用clone_from以利用可能存在的优化。这里我前面说错了，我们常用clone函数，但是这里更推荐clone_from函数，虽然它可能会多拼一点.这里的真实意思其实是这样的

我们首先看clone_from的注释(vscode中的tooltips)：

Performs copy-assignment from source.

a.clone_from(&b) is equivalent to a = b.clone() in functionality, but can be overridden to reuse the resources of a to avoid unnecessary allocations.

上面解释的很清楚了，这里再说一下，有下面两种情况：

1. s 之前未定义或者未被初始化过 ，此时s无法转换为self，因为不存在或者未初始化，只能使用s = t.clone()

2. s 之前初始化过，需要重新赋值，这时可以使用 clone_from以便可能进行优化。

   let mut s = "Hello World".to_owned();
   let t = "Hello Hi".to_owned();
   s.clone_from(&t);
   // Clone::clone_from(&mut s, &t); // 这种方式也是可行的
   // String::clone_from(&mut s, &t); // 这种方式也是可行的
   println!("s: {s}");
   

   这里也可以看出特型的几种调用方式：

   1. 值调用
   2. 特型名称调用
   3. 类型名称调用

   其中 2和3 相当于类的静态方法，1相当于类的实例上的方法

如果你的克隆实现只是简单的复制你的类型中的每个字段或者元素，并且默认的clone_from也很适用，那么Rust可以自动帮你实现Clone特型，你只需要在你的类型定义上面加上#[derive(Clone)]就行。

在标准库中，几乎所有有确切复制含义的类型都实现了Clone特型。例如像bool 和i32这样的元数据类型实现了Clone，像String，Vec<T>和HasMap等容器类型也实现了Clone。有些类型没有明确的复制含义，例如std::sync::Mutex，它们没有实现Clone特型。一些类型可以复制，但是复制可能失败（操作系统有可能无法拥有必需的资源），例如std::fs::File类型，也没有实现Clone，因为clone函数是不能失败的。 作为替代方案，std::fs::File提供了一个try_clone函数，它返回一个Result<File>，它可以用来处理失败情况。

二 Copy

Clone是复制，Copy也是复制，那么很多人肯定和我一样有疑惑，这两者有什么区别呢？不急，我们先看书中怎么说的。

对于绝大多数类型来说，赋值是move值，而不是复制他们。移动一个值使得追踪他们拥有的资源更简单。但是也有例外，不拥有任何资源的类型可以是Copy类型，此时赋值仅是对源值的复制，并不会移动源值并让原变量变成未初始化状态。

Copy类型是指实现了std::marker::Copy特型的类型，该特型定义如下：

trait Copy: Clone { }

可以看出，定义非常简单，Copy特型只是简单扩展了一下Clone，并没有定义新的方法。也就是说,Copy类型一定是Clone的，而Clone类型却未必是Copy的。例如String，它是Clone的，但是不是Copy的。 u32类型，上面提到过，它是Clone的，同时也是Copy的。

那么Copy类型为什么也要是Clone类型呢？因为复制行为必须依赖Clone实现。

在Rust中，这种简单特型扩展的用法很常见，你可以利用它从一类类型中（Clone类型）再划出一个小类型(Copy类型)。

如果想对自己的类型实现Copy特型，只需要这么做

impl Copy for MyType { }

因为Copy特型是一个标记类型，对Rust语言来说有特殊的含义，因此，Rust中Copy类型的复制行为只能是字节到字节的复制。如果类型拥有其它资源，例如堆缓冲区和操作系统句柄，他们是不能实现Copy类型的。

（那么这个约束是怎么强制的？应该是编译器检查的）

在学习Drop特型的时候提到，任何实现了Drop特型的类型不能再是Copy类型，Rust会假定如果一个类型需要特殊的清理逻辑，那么它必定需要特殊的复制机制，因此不能实现Copy。

和Clone一样，你可以让Rust自动为你复现Copy特型，方式为使用#[derive(Copy)]语法。你也会经常看到一次性的derive两个特型：#[derive(Copy, Clone)] 。这两种方式的区别是，如果使用方式一，那么先必须为该类型实现了Clone特型，如果使用方式二，则一次性完整，大多数情况下使用方式二。

// 方式一
#[derive(Copy)]
struct MyType;impl Clone for MyType {fn clone(&self) -> Self {Self {  }}
}// 方式二#[derive(Clone, Copy)]
struct MyType;

记住，你不能为String实现Copy特型，因为两者都是外部的。一个结构体，只有所有字段是Copy特型时才能是可Copy的，例如

#[derive(Clone, Copy,Debug)]
struct MyType {name:String
}

这段代码会提示你该类型无法复制Copy。我们把name字段换一下就可以了，如下：

#[derive(Clone, Copy,Debug)]
struct MyType {age:u32
}

对于上面的MyType，我们运行如下代码片断：

let a = MyType {age:10};
let b = a;
println!("{a:?},{b:?}");

会输出MyType { age: 10 },MyType { age: 10 }。 这里可见发生了Copy而不是Move。

注意：

谨慎考虑将一个类型设计为Copy类型，虽然这么做使用该类型会比较简单，但是对它的实现有比较大的限制。并且，复制是比较昂贵的。