Copy-on-Write (COW)

computer-sciencememory-managementoptimization

「コピーが必要になるまでコピーしない」最適化戦略。

プログラマ向けの一言

データを共有しておいて、誰かが書き換えようとした瞬間にはじめてコピーを作る。 読むだけなら共有のまま。書くときだけコストを払う。

コードで理解する

// COW なし: コピーするたびにメモリを使う
const original = [1, 2, 3, 4, 5];
const copy = [...original]; // ← この時点で全要素コピー（読むだけでもコスト発生）

// COW あり（概念）: 共有しておいて、書き換え時にだけコピー
class CowArray<T> {
  private data: T[];
  private shared: boolean;

  constructor(data: T[]) {
    this.data = data;
    this.shared = false;
  }

  clone(): CowArray<T> {
    // コピーしない。同じデータを共有するだけ
    const cow = new CowArray(this.data);
    this.shared = true;
    cow.shared = true;
    return cow;
  }

  read(index: number): T {
    return this.data[index]; // 共有のまま読める。コストゼロ
  }

  write(index: number, value: T): void {
    if (this.shared) {
      // 書き換えが必要になった瞬間にコピーを作る
      this.data = [...this.data];
      this.shared = false;
    }
    this.data[index] = value;
  }
}

言語ごとの実装の違い

Rust: 所有権ベース

use std::borrow::Cow;

// Cow<str> は「借用（参照）か所有か」を実行時に切り替える
fn process(input: &str) -> Cow<str> {
    if input.contains("bad") {
        // 書き換えが必要 → 所有権を持つ String を作る（コピー発生）
        Cow::Owned(input.replace("bad", "good"))
    } else {
        // そのまま返す → 参照のまま（コピーなし）
        Cow::Borrowed(input)
    }
}

Rust の Cow<T> は標準ライブラリに用意されている enum で、Borrowed（参照）と Owned（所有）の2状態を持つ。所有権システムの上に構築されている。

Swift: 参照カウントベース

var a = [1, 2, 3]
var b = a  // この時点ではコピーしない。内部で同じバッファを共有

b.append(4)  // b を変更した瞬間にコピーが走る（a は変わらない）

Swift の Array, Dictionary, String はすべて COW。内部で参照カウント（Rc に相当）を持っていて、参照が1つなら書き換えてもコピーしない。2つ以上共有していて書き換えようとしたときだけコピーする。

Rust と Swift の違い

Rust (Cow<T>)Swift (値型 COW)
判断基準所有権を持っているか参照カウントが1より大きいか
仕組みBorrowed / Owned の enum参照カウント + 書き換え時コピー
明示性型で明示（Cow<str>）暗黙（Array 等に組み込み済み）

Rust は「今これは借用？所有？」を型レベルで追跡する。Swift は「今これを何人が見てる？」を参照カウントで追跡する。目的は同じ（不要なコピーの回避）だがアプローチが違う。

どこで使われているか

押さえどころ（カード化候補）

関連

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