Rust 逼我成為更好的工程師：Copy 與 Clone - 零成本 vs 有成本複製

在理解了所有權的移動 (Move) 和借用 (Borrow) 之後，我們來探討一些真實世界中更細膩的情境。

為什麼 i32 不會像 String 一樣被「移走」？

如何設計出更優雅、更高效的函式？以及，當借用規則變得複雜時，編譯器如何像一位良師益友般引導我們？

Copy 與 Clone：所有權轉移的例外規則

看到這裡你可能會想：難道每次傳遞一個 i32 整數給函式，原來的變數也會失效嗎？
這就引出了 Move 語義的一個重要例外：Copy Trait。

當一個變數被傳遞時，編譯器會根據其型別是否實現 Copy Trait 來決定採取哪種行為。

Copy 型別：廉價的自動複製

fn take_number(x: i32) {
    println!("函式內部: {}", x);
}

fn main() {
    let x = 5;
    take_number(x);  // x 的值被「複製」給函式，不是移動
    println!("x: {}", x);  // ✅ x 仍然有效！
}

對於實現了 Copy 的型別（如 i32、f64、bool 等），「= 」和函式參數傳遞都是複製，而不是移動。

為什麼這些型別可以自動複製？

因為它們的資料完全儲存在堆疊 (stack) 上，大小固定，複製的成本極低。

只是一次記憶體位元的直接拷貝 (bitwise copy)。

它們不擁有任何堆 (heap) 上的資源，所以複製它們不會產生「有兩個擁有者指向同一份堆資料」的混亂情況。

一個重要的規則是：只有當一個型別的所有成員也都是 Copy 型別時，這個型別本身才能被標記為 Copy。
這就是為什麼包含 String 或 Vec 的 struct 不能是 Copy 型別。

Clone 型別：昂貴的顯式複製

對於沒有實現 Copy 的型別（String、Vec 等），它們管理著堆上的資源，複製成本較高。

因此，Rust 要求你必須手動、顯式地調用 .clone() 方法來進行深層複製。

fn take_string(s: String) {
    println!("函式內部: {}", s);
}

fn main() {
    let s1 = String::from("hello");
    let s2 = s1.clone();  // 顯式複製
    take_string(s1);      // s1 被移動
    println!("s2: {}", s2);  // ✅ s2 仍然有效
}

總結

Copy 和 Clone 是 Rust 所有權系統中處理「複製」的核心概念，它們讓 API 設計更具意圖性與效率：

1. Copy：無感知的廉價複製

   • 適用於完全儲存在堆疊 (stack) 上的簡單型別，如 i32, bool, char 等。

   • 複製成本極低（只是位元拷貝），因此 Rust 會自動、隱式地進行複製，而不是移動。

   • 讓這些基礎型別的行為符合開發者直覺，無需擔心所有權轉移問題。

2. Clone：有意識的昂貴複製

   • 適用於擁有堆 (heap) 上資源的複雜型別，如 String, Vec。

   • 複製意味著需要配置新的堆記憶體並拷貝資料，成本較高。

   • 為了避免意外的效能損耗，Rust 要求必須手動、顯式地呼叫 .clone() 方法來進行深層複製。

透過區分這兩種行為，Rust 的編譯器強迫開發者在編寫程式時思考：「這裡的資料是廉價的複製，還是昂貴的複製？」

這種思考模式有助於我們設計出更高效、更安全的 API，從源頭上避免不必要的效能問題與所有權混淆。

Copy vs Clone 的區別：

相關資源參考

Rust 官方文件

• 引用與借用（References and Borrowing）
• 生命週期（Lifetimes）
• 所有權與函式