rust_cow.md

Copy-On-Write in Rust

Rust 中常使用「移動 (move)」語意，為使複製成本降低，大部分的函式會採用 pass-by-reference 的方式 &T，但是移動語意的好處在於可以提前刪除物件。

標準庫提供的 enum 類型 {std, alloc}::borrow::Cow 同時允許「借出的 (Borrowed)」與「擁有的 (Owned)」兩種資料型態，並且會在借出可變引用 &mut T 時複製，亦可單純借出唯讀引用。

pub enum Cow<'a, B>
where
    B: 'a + ToOwned + ?Sized,
{
    Borrowed(&'a B),
    Owned(<B as ToOwned>::Owned),
}

要能複製必須先實作 Clone trait，所以這邊加入了一個輔助的 ToOwned trait，它協助一般類型調用 Clone::clone() 與幫助無大小類型建立它們的有大小類型，無大小類型將在下面的小節介紹。另外，這邊用了一個 Borrow trait，跟 AsRef 非常類似，也在下面的小節介紹。

pub trait ToOwned {
    type Owned: Borrow<Self>;

    fn to_owned(&self) -> Self::Owned;

    fn clone_into(&self, target: &mut Self::Owned) { ... }
}

impl<T: Clone> ToOwned for T { ... }

當一個函式想同時允許 T 與 &T 輸入時，可以使用 Into trait 轉成 Cow。

fn foo<'a, C>(c: C)
where
    C: Into<Cow<'a, str>>,
{
    let s = c.into();
    s.as_ref(); // 唯讀借用
    s.to_mut(); // 可變借用
    let s: String = s.into_owned(); // 複製 (借出) or 移動 (擁有)，產生擁有類型
}

foo("abc"); // &str
foo("abc".to_string()); // String

Unsized Type !Sized

無大小類型是一個抽象的概念，通常基於動態長度設計－－也就是 slice [T] 類型，雖然知道 T 的大小，但是長度是 runtime 期間儲存的，能用 <[T]>::len(&self) -> usize 函式查詢。有了上述概念，&[T] 是一個指在第一項的指標 &T，和一個長度 usize 組成的。

設計無大小類型的目的在於，可以區分「記憶體內的資料」和「與程式綁定的資料」。例如我們可以使用 const 建立定值，程式會將定值資料複製到記憶體中開始執行，但是使用「指標」的定值，就好像只複製指標到記憶體一樣，由於資料是程式的一部份，指標會指向程式本身的區段，不用額外增加記憶體。

// 定值資料、定值指標
const SLICE: &[u8] = &[1, 2, 3];
const TITLE: &str = "Hello!";

// 複製定值指標到動態指標
let slice = SLICE;
// 複製定值指標到動態可變指標
let mut slice = SLICE;

// 定值資料、動態指標
let s = &[1, 2, 3];
let title = "Hello!";

只要自訂類型包含無大小類型，該類型就會是 !Sized。除了 trait 自身的定義，一般泛型參數都預設為 Sized，使用 ?Sized 則可以同時允許無大小類型。

Rust 標準庫包含下列無大小類型：

!Sized	「擁有的」類型	用途
[T]	Vec<T>	動態陣列，比靜態陣列 [T; N] 靈活
str	String	UTF-8 合格字串，底層為 [u8]
std::ffi::OsStr	std::ffi::OsString	系統預設字串，底層為 [u8]，可能不相容 UTF-8
std::path::Path	std::path::PathBuf	檔案路徑，底層為 OsStr

Borrow/AsRef/Deref

Rust 本身包含三種指標轉換的 trait，並且各自有其可變版本，如下表所列：

唯讀	可變	關係	用途
std::borrow::Borrow	BorrowMut	A: Borrow<B>, &A -> &B	底層類型 B 的指標轉換
std::convert::AsRef	AsMut	A: AsRef<B>, &A -> &B	任意指標的輕量級轉換
std::ops::Deref	DerefMut	A: Deref<Target=B>, &A -> &B	自動指標轉換，可實現類似繼承的效果

雖然 Borrow 跟 AsRef 的效果幾乎一樣，但是 Borrow 比較專注於保持底層類型的相容性，而 AsRef 則類似於指標界的 Into。

由於 Deref 是自動的，因此 &A -> &B 的關係是唯一的，不過可以連鎖呼叫 &A -> &B -> &C。

另外注意它們都是函式，所以結構體 struct 仍會受到借用限制，借出後不能夠將其他欄位借出。