面试题：Rust中Copy trait替代方案之Clone trait应用

Question

在Rust中，已知Copy trait用于自动复制数据。当类型不能实现Copy trait时，Clone trait常作为替代。请举例说明如何为一个自定义结构体实现Clone trait，并阐述Clone trait与Copy trait在使用场景上的主要区别。

Answer 1

实现Clone trait示例

#[derive(Clone)]
struct MyStruct {
    field1: i32,
    field2: String,
}

fn main() {
    let original = MyStruct {
        field1: 42,
        field2: String::from("Hello"),
    };
    let cloned = original.clone();
    println!("Original: field1 = {}, field2 = {}", original.field1, original.field2);
    println!("Cloned: field1 = {}, field2 = {}", cloned.field1, cloned.field2);
}

在上述代码中，通过#[derive(Clone)]为MyStruct结构体自动实现了Clone trait。也可以手动实现：

struct AnotherStruct {
    value: i32,
}

impl Clone for AnotherStruct {
    fn clone(&self) -> Self {
        AnotherStruct { value: self.value }
    }
}

Clone trait与Copy trait使用场景主要区别

• Copy trait：
  • 适用场景：适用于简单、固定大小且不需要复杂资源管理的数据类型，如整数、浮点数、布尔值等基本类型以及只包含这些基本类型的元组和结构体。例如i32、u8、(i32, f64) 等类型，它们在栈上分配内存，复制成本低。
  • 特点：实现Copy trait的类型在赋值或作为参数传递时，会自动进行逐位复制，这意味着不会有额外的函数调用开销，性能较高。同时，Copy类型的实例在传递所有权后，原实例仍然可用，因为实际上是复制了一份新的数据。
• Clone trait：
  • 适用场景：适用于需要自定义复制行为的类型，特别是涉及到动态分配资源（如String、Vec等）或复杂数据结构的类型。例如一个包含String成员的结构体，由于String内部管理着堆上的内存，简单的逐位复制是不够的，需要实现Clone trait来正确地复制堆上的数据。
  • 特点：实现Clone trait时，需要在clone方法中定义如何复制实例。这通常涉及到对实例中每个成员的复制操作，可能会有更多的开销。调用clone方法会显式地触发复制行为，与Copy类型的隐式复制不同。此外，Clone类型在传递所有权后，原实例不再可用，除非进行克隆操作。