🦀 Rust 所有權轉移與多重回傳值詳解

本文將詳細解析提供的 Rust 程式碼，重點說明 mut self 參數的使用、所有權轉移機制，以及 Rust 中多重回傳值的實現方式。

🔍 程式碼結構分析

結構體定義

#[derive(Debug)]
struct TaylorSwiftSong {
    title: String,
    year: u32,
    duration_secs: u32,
}

這個結構體定義了一個音樂曲目的資料結構，包含三個欄位：

• title: String：歌曲標題，使用 String 類型（擁有所有權的字串）
• year: u32：發行年份，32位元無符號整數
• duration_secs: u32：持續時間（秒），32位元無符號整數

#[derive(Debug)] 屬性讓編譯器自動為這個結構體實作 Debug trait，使我們能夠使用 {:?} 格式化符號來列印整個結構體的內容。

🔍 extra 方法詳細解析

fn extra(mut self) -> (Self, String) {
    self.title.push_str(" Remix!");
    let rewriten_song = format!("{}", self.title);
    (self, rewriten_song)
}

✅ 參數 mut self 的含義

mut self 參數有兩個重要特性：

1. 所有權轉移（Move）：self（不含 &）表示這個方法會取得結構體實例的完整所有權，而不是借用。這意味著：

   • 呼叫此方法後，原始的變數將不能再被使用
   • 結構體的所有權從呼叫者轉移到方法內部
   • 方法可以完全控制這個實例，包括移動、修改或銷毀它

2. 內部可變性（Mutability）：mut 關鍵字讓方法內部可以修改結構體的欄位值，即使原始變數可能不是 mut 宣告的。

✅ 方法內部操作分析

self.title.push_str(" Remix!");

這行程式碼將字串 " Remix!" 附加到原始標題後面。由於 self 是可變的，我們可以直接修改 title 欄位。

let rewriten_song = format!("{}", self.title);

使用 format! 巨集創建一個新的字串，內容是修改後的標題。這裡創建了標題的一個副本。

(self, rewriten_song)

回傳一個包含兩個元素的元組（tuple）：修改後的結構體實例和新創建的字串。

🔍 所有權轉移詳細分析

轉移過程

1. 呼叫前：song 變數擁有 TaylorSwiftSong 實例的所有權
2. 呼叫時：song.extra() 被呼叫，所有權從 song 轉移到方法的 self 參數
3. 方法內：self 擁有實例的完整所有權，可以自由修改
4. 回傳時：修改後的實例通過元組回傳，所有權再次轉移給接收變數

🔁 main 函數中的所有權流動

let song = TaylorSwiftSong { ... };  // song 擁有實例
let (song, rewriten_song) = song.extra();  // 所有權轉移並重新接收

這裡使用了解構賦值（destructuring assignment）：

• 原始的 song 變數在呼叫 extra() 後就不能再使用
• 元組的第一個元素（修改後的結構體）被賦值給新的 song 變數
• 元組的第二個元素（字串）被賦值給 rewriten_song 變數

雖然兩個 song 變數名稱相同，但實際上是不同的變數，這稱為變數遮蔽（variable shadowing）。

📦 Rust 多重回傳值機制

元組回傳的原理

Rust 本身不直接支援多重回傳值，但透過**元組（tuple）**可以達到相同效果：

fn extra(mut self) -> (Self, String)

這個函數簽名表示回傳一個包含兩個元素的元組：

• 第一個元素類型是 Self（即 TaylorSwiftSong）
• 第二個元素類型是 String

程式執行結果分析

當程式執行時：

1. 創建標題為 "Blank Space" 的歌曲實例
2. 呼叫 extra() 方法，標題被修改為 "Blank Space Remix!"
3. 回傳修改後的實例和標題字串
4. 列印結果：

   TaylorSwiftSong { title: "Blank Space Remix!", year: 2014, duration_secs: 231 }
   Blank Space Remix!
   

🎵 在方法中比較結構體實例 比較兩首歌曲的長度

在 Rust 中，我們不僅可以為結構體定義操作自身數據的方法，還可以定義需要與另一個同類型實例進行互動的方法，例如比較。這篇教學將透過比較兩首 Taylor Swift 的歌曲長度的範例，來詳細解釋這個概念。

🧩 快速瀏覽

首先，讓我們快速看一下 TaylorSwiftSong 結構體和它的實作區塊。

#[derive(Debug)] // 屬性，讓我們的結構體可以用 `{:?}` 印出，方便調試
struct TaylorSwiftSong {
    title: String,
    year: u32,
    duration_secs: u32,
}

impl TaylorSwiftSong {
    // 這個方法比較 "自己" 和 "另一個" TaylorSwiftSong 實例的長度
    fn is_longer_than(&self, other: &Self) -> bool {
        self.duration_secs > other.duration_secs
    }
}

🔍 比較方法的設計解析

這次的重點是 is_longer_than 這個方法。它的設計非常巧妙且符合 Rust 的所有權原則。

fn is_longer_than(&self, other: &Self) -> bool {
    self.duration_secs > other.duration_secs
}

1. 參數設計 (&self, other: &Self)
   這個方法的簽名包含了兩個參數，它們都是不可變引用 (immutable references)：
   • &self*:
     • 這代表呼叫此方法的那個實例的一個不可變借用。它總是方法的第一個參數，指向「自己」。因為我們只需要讀取歌曲時長來進行比較，而不需要修改或消耗這個實例，所以使用 &self 是最理想的選擇。
   • other: &Self*:
     • 這是方法的第二個參數，用來接收要與之比較的另一個實例，other 是我們為這個參數取的名字，你可以取任何你喜歡的名字（例如 another_song）。
     • &Self 是這個參數的型別。Self (大寫的 S) 是 impl 區塊內的一個特殊別名，它代表我們正在實作的結構體型別，也就是 TaylorSwiftSong。所以 &Self 等同於 &TaylorSwiftSong。
       我們使用引用 &Self 而不是 Self，因為我們同樣只需要讀取另一首歌的時長，並不想取得它的所有權。
2. 方法主體
   • self.duration_secs > other.duration_secs：這行程式碼非常直觀。它存取 self 實例的 duration_secs 欄位，並將其與 other 實例的 duration_secs 欄位進行比較。比較結果（一個布林值 true 或 false）會被自動回傳，因為它是這個函式的最後一個表達式。

🧩 方法的呼叫與參數對應

現在，讓我們看看 main 函式是如何呼叫這個方法，以及參數是如何對應的。

fn main() {
    let blank_space = TaylorSwiftSong {
        title: String::from("Blank Space"),
        year: 2014,
        duration_secs: 231,
    };

    let all_too_well = TaylorSwiftSong {
        title: String::from("All too well"),
        year: 2012,
        duration_secs: 327,
    };

    // 呼叫方法並進行比較
    if blank_space.is_longer_than(&all_too_well) {
        // ... (印出結果)
    } else {
        // ... (印出結果)
    }
}

blank_space.is_longer_than(&all_too_well) 這行程式碼如何運作？

• blank_space.: 當你使用點號 (.) 來呼叫一個方法時，點號左邊的實例 (blank_space) 會自動被傳遞為方法的 self 參數。所以在 is_longer_than 方法內部，self 就代表 blank_space 這個實例。

• is_longer_than(...): 這是我們要呼叫的方法。

• &all_too_well: 這是我們傳遞給方法的第一個實際參數（self 是隱式傳遞的）。這個值會對應到方法簽名中的第二個參數，也就是 other: &Self。

  • 為何是 &all_too_well 而不是 all_too_well？
    • 我們來看看方法簽名的要求：other: &Self。它明確指出 other 參數的型別必須是 &TaylorSwiftSong，也就是一個引用。因此，為了滿足這個型別要求，我們必須傳遞 all_too_well 的一個引用，寫法就是 &all_too_well。
    • 如果你只寫 all_too_well，你會嘗試移動 all_too_well 的所有權，但函式期望的是一個引用，這會導致型別不匹配的編譯錯誤。

✅ 總結對應關係：

在 blank_space.is_longer_than(&all_too_well) 這次呼叫中：

• self 👉 blank_space
• other 👉 all_too_well
  因此，方法內部的比較 self.duration_secs > other.duration_secs 實際上就是 blank_space.duration_secs > all_too_well.duration_secs，即 231 > 327，結果為 false。程式最終會執行 else 區塊的程式碼。