]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - library/alloc/src/rc.rs
Auto merge of #77502 - varkor:const-generics-suggest-enclosing-braces, r=petrochenkov
[rust.git] / library / alloc / src / rc.rs
1 //! Single-threaded reference-counting pointers. 'Rc' stands for 'Reference
2 //! Counted'.
3 //!
4 //! The type [`Rc<T>`][`Rc`] provides shared ownership of a value of type `T`,
5 //! allocated in the heap. Invoking [`clone`][clone] on [`Rc`] produces a new
6 //! pointer to the same allocation in the heap. When the last [`Rc`] pointer to a
7 //! given allocation is destroyed, the value stored in that allocation (often
8 //! referred to as "inner value") is also dropped.
9 //!
10 //! Shared references in Rust disallow mutation by default, and [`Rc`]
11 //! is no exception: you cannot generally obtain a mutable reference to
12 //! something inside an [`Rc`]. If you need mutability, put a [`Cell`]
13 //! or [`RefCell`] inside the [`Rc`]; see [an example of mutability
14 //! inside an Rc][mutability].
15 //!
16 //! [`Rc`] uses non-atomic reference counting. This means that overhead is very
17 //! low, but an [`Rc`] cannot be sent between threads, and consequently [`Rc`]
18 //! does not implement [`Send`][send]. As a result, the Rust compiler
19 //! will check *at compile time* that you are not sending [`Rc`]s between
20 //! threads. If you need multi-threaded, atomic reference counting, use
21 //! [`sync::Arc`][arc].
22 //!
23 //! The [`downgrade`][downgrade] method can be used to create a non-owning
24 //! [`Weak`] pointer. A [`Weak`] pointer can be [`upgrade`][upgrade]d
25 //! to an [`Rc`], but this will return [`None`] if the value stored in the allocation has
26 //! already been dropped. In other words, `Weak` pointers do not keep the value
27 //! inside the allocation alive; however, they *do* keep the allocation
28 //! (the backing store for the inner value) alive.
29 //!
30 //! A cycle between [`Rc`] pointers will never be deallocated. For this reason,
31 //! [`Weak`] is used to break cycles. For example, a tree could have strong
32 //! [`Rc`] pointers from parent nodes to children, and [`Weak`] pointers from
33 //! children back to their parents.
34 //!
35 //! `Rc<T>` automatically dereferences to `T` (via the [`Deref`] trait),
36 //! so you can call `T`'s methods on a value of type [`Rc<T>`][`Rc`]. To avoid name
37 //! clashes with `T`'s methods, the methods of [`Rc<T>`][`Rc`] itself are associated
38 //! functions, called using function-like syntax:
39 //!
40 //! ```
41 //! use std::rc::Rc;
42 //! let my_rc = Rc::new(());
43 //!
44 //! Rc::downgrade(&my_rc);
45 //! ```
46 //!
47 //! [`Weak<T>`][`Weak`] does not auto-dereference to `T`, because the inner value may have
48 //! already been dropped.
49 //!
50 //! # Cloning references
51 //!
52 //! Creating a new reference to the same allocation as an existing reference counted pointer
53 //! is done using the `Clone` trait implemented for [`Rc<T>`][`Rc`] and [`Weak<T>`][`Weak`].
54 //!
55 //! ```
56 //! use std::rc::Rc;
57 //! let foo = Rc::new(vec![1.0, 2.0, 3.0]);
58 //! // The two syntaxes below are equivalent.
59 //! let a = foo.clone();
60 //! let b = Rc::clone(&foo);
61 //! // a and b both point to the same memory location as foo.
62 //! ```
63 //!
64 //! The `Rc::clone(&from)` syntax is the most idiomatic because it conveys more explicitly
65 //! the meaning of the code. In the example above, this syntax makes it easier to see that
66 //! this code is creating a new reference rather than copying the whole content of foo.
67 //!
68 //! # Examples
69 //!
70 //! Consider a scenario where a set of `Gadget`s are owned by a given `Owner`.
71 //! We want to have our `Gadget`s point to their `Owner`. We can't do this with
72 //! unique ownership, because more than one gadget may belong to the same
73 //! `Owner`. [`Rc`] allows us to share an `Owner` between multiple `Gadget`s,
74 //! and have the `Owner` remain allocated as long as any `Gadget` points at it.
75 //!
76 //! ```
77 //! use std::rc::Rc;
78 //!
79 //! struct Owner {
80 //!     name: String,
81 //!     // ...other fields
82 //! }
83 //!
84 //! struct Gadget {
85 //!     id: i32,
86 //!     owner: Rc<Owner>,
87 //!     // ...other fields
88 //! }
89 //!
90 //! fn main() {
91 //!     // Create a reference-counted `Owner`.
92 //!     let gadget_owner: Rc<Owner> = Rc::new(
93 //!         Owner {
94 //!             name: "Gadget Man".to_string(),
95 //!         }
96 //!     );
97 //!
98 //!     // Create `Gadget`s belonging to `gadget_owner`. Cloning the `Rc<Owner>`
99 //!     // gives us a new pointer to the same `Owner` allocation, incrementing
100 //!     // the reference count in the process.
101 //!     let gadget1 = Gadget {
102 //!         id: 1,
103 //!         owner: Rc::clone(&gadget_owner),
104 //!     };
105 //!     let gadget2 = Gadget {
106 //!         id: 2,
107 //!         owner: Rc::clone(&gadget_owner),
108 //!     };
109 //!
110 //!     // Dispose of our local variable `gadget_owner`.
111 //!     drop(gadget_owner);
112 //!
113 //!     // Despite dropping `gadget_owner`, we're still able to print out the name
114 //!     // of the `Owner` of the `Gadget`s. This is because we've only dropped a
115 //!     // single `Rc<Owner>`, not the `Owner` it points to. As long as there are
116 //!     // other `Rc<Owner>` pointing at the same `Owner` allocation, it will remain
117 //!     // live. The field projection `gadget1.owner.name` works because
118 //!     // `Rc<Owner>` automatically dereferences to `Owner`.
119 //!     println!("Gadget {} owned by {}", gadget1.id, gadget1.owner.name);
120 //!     println!("Gadget {} owned by {}", gadget2.id, gadget2.owner.name);
121 //!
122 //!     // At the end of the function, `gadget1` and `gadget2` are destroyed, and
123 //!     // with them the last counted references to our `Owner`. Gadget Man now
124 //!     // gets destroyed as well.
125 //! }
126 //! ```
127 //!
128 //! If our requirements change, and we also need to be able to traverse from
129 //! `Owner` to `Gadget`, we will run into problems. An [`Rc`] pointer from `Owner`
130 //! to `Gadget` introduces a cycle. This means that their
131 //! reference counts can never reach 0, and the allocation will never be destroyed:
132 //! a memory leak. In order to get around this, we can use [`Weak`]
133 //! pointers.
134 //!
135 //! Rust actually makes it somewhat difficult to produce this loop in the first
136 //! place. In order to end up with two values that point at each other, one of
137 //! them needs to be mutable. This is difficult because [`Rc`] enforces
138 //! memory safety by only giving out shared references to the value it wraps,
139 //! and these don't allow direct mutation. We need to wrap the part of the
140 //! value we wish to mutate in a [`RefCell`], which provides *interior
141 //! mutability*: a method to achieve mutability through a shared reference.
142 //! [`RefCell`] enforces Rust's borrowing rules at runtime.
143 //!
144 //! ```
145 //! use std::rc::Rc;
146 //! use std::rc::Weak;
147 //! use std::cell::RefCell;
148 //!
149 //! struct Owner {
150 //!     name: String,
151 //!     gadgets: RefCell<Vec<Weak<Gadget>>>,
152 //!     // ...other fields
153 //! }
154 //!
155 //! struct Gadget {
156 //!     id: i32,
157 //!     owner: Rc<Owner>,
158 //!     // ...other fields
159 //! }
160 //!
161 //! fn main() {
162 //!     // Create a reference-counted `Owner`. Note that we've put the `Owner`'s
163 //!     // vector of `Gadget`s inside a `RefCell` so that we can mutate it through
164 //!     // a shared reference.
165 //!     let gadget_owner: Rc<Owner> = Rc::new(
166 //!         Owner {
167 //!             name: "Gadget Man".to_string(),
168 //!             gadgets: RefCell::new(vec![]),
169 //!         }
170 //!     );
171 //!
172 //!     // Create `Gadget`s belonging to `gadget_owner`, as before.
173 //!     let gadget1 = Rc::new(
174 //!         Gadget {
175 //!             id: 1,
176 //!             owner: Rc::clone(&gadget_owner),
177 //!         }
178 //!     );
179 //!     let gadget2 = Rc::new(
180 //!         Gadget {
181 //!             id: 2,
182 //!             owner: Rc::clone(&gadget_owner),
183 //!         }
184 //!     );
185 //!
186 //!     // Add the `Gadget`s to their `Owner`.
187 //!     {
188 //!         let mut gadgets = gadget_owner.gadgets.borrow_mut();
189 //!         gadgets.push(Rc::downgrade(&gadget1));
190 //!         gadgets.push(Rc::downgrade(&gadget2));
191 //!
192 //!         // `RefCell` dynamic borrow ends here.
193 //!     }
194 //!
195 //!     // Iterate over our `Gadget`s, printing their details out.
196 //!     for gadget_weak in gadget_owner.gadgets.borrow().iter() {
197 //!
198 //!         // `gadget_weak` is a `Weak<Gadget>`. Since `Weak` pointers can't
199 //!         // guarantee the allocation still exists, we need to call
200 //!         // `upgrade`, which returns an `Option<Rc<Gadget>>`.
201 //!         //
202 //!         // In this case we know the allocation still exists, so we simply
203 //!         // `unwrap` the `Option`. In a more complicated program, you might
204 //!         // need graceful error handling for a `None` result.
205 //!
206 //!         let gadget = gadget_weak.upgrade().unwrap();
207 //!         println!("Gadget {} owned by {}", gadget.id, gadget.owner.name);
208 //!     }
209 //!
210 //!     // At the end of the function, `gadget_owner`, `gadget1`, and `gadget2`
211 //!     // are destroyed. There are now no strong (`Rc`) pointers to the
212 //!     // gadgets, so they are destroyed. This zeroes the reference count on
213 //!     // Gadget Man, so he gets destroyed as well.
214 //! }
215 //! ```
216 //!
217 //! [clone]: Clone::clone
218 //! [`Cell`]: core::cell::Cell
219 //! [`RefCell`]: core::cell::RefCell
220 //! [send]: core::marker::Send
221 //! [arc]: ../../std/sync/struct.Arc.html
222 //! [`Deref`]: core::ops::Deref
223 //! [downgrade]: Rc::downgrade
224 //! [upgrade]: Weak::upgrade
225 //! [mutability]: core::cell#introducing-mutability-inside-of-something-immutable
226
227 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
228
229 #[cfg(not(test))]
230 use crate::boxed::Box;
231 #[cfg(test)]
232 use std::boxed::Box;
233
234 use core::any::Any;
235 use core::borrow;
236 use core::cell::Cell;
237 use core::cmp::Ordering;
238 use core::convert::{From, TryFrom};
239 use core::fmt;
240 use core::hash::{Hash, Hasher};
241 use core::intrinsics::abort;
242 use core::iter;
243 use core::marker::{self, PhantomData, Unpin, Unsize};
244 use core::mem::{self, align_of_val_raw, forget, size_of_val};
245 use core::ops::{CoerceUnsized, Deref, DispatchFromDyn, Receiver};
246 use core::pin::Pin;
247 use core::ptr::{self, NonNull};
248 use core::slice::from_raw_parts_mut;
249
250 use crate::alloc::{box_free, handle_alloc_error, AllocError, AllocRef, Global, Layout};
251 use crate::borrow::{Cow, ToOwned};
252 use crate::string::String;
253 use crate::vec::Vec;
254
255 #[cfg(test)]
256 mod tests;
257
258 // This is repr(C) to future-proof against possible field-reordering, which
259 // would interfere with otherwise safe [into|from]_raw() of transmutable
260 // inner types.
261 #[repr(C)]
262 struct RcBox<T: ?Sized> {
263     strong: Cell<usize>,
264     weak: Cell<usize>,
265     value: T,
266 }
267
268 /// A single-threaded reference-counting pointer. 'Rc' stands for 'Reference
269 /// Counted'.
270 ///
271 /// See the [module-level documentation](./index.html) for more details.
272 ///
273 /// The inherent methods of `Rc` are all associated functions, which means
274 /// that you have to call them as e.g., [`Rc::get_mut(&mut value)`][get_mut] instead of
275 /// `value.get_mut()`. This avoids conflicts with methods of the inner
276 /// type `T`.
277 ///
278 /// [get_mut]: #method.get_mut
279 #[cfg_attr(not(test), rustc_diagnostic_item = "Rc")]
280 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
281 pub struct Rc<T: ?Sized> {
282     ptr: NonNull<RcBox<T>>,
283     phantom: PhantomData<RcBox<T>>,
284 }
285
286 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
287 impl<T: ?Sized> !marker::Send for Rc<T> {}
288 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
289 impl<T: ?Sized> !marker::Sync for Rc<T> {}
290
291 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
292 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Rc<U>> for Rc<T> {}
293
294 #[unstable(feature = "dispatch_from_dyn", issue = "none")]
295 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> DispatchFromDyn<Rc<U>> for Rc<T> {}
296
297 impl<T: ?Sized> Rc<T> {
298     #[inline(always)]
299     fn inner(&self) -> &RcBox<T> {
300         // This unsafety is ok because while this Rc is alive we're guaranteed
301         // that the inner pointer is valid.
302         unsafe { self.ptr.as_ref() }
303     }
304
305     fn from_inner(ptr: NonNull<RcBox<T>>) -> Self {
306         Self { ptr, phantom: PhantomData }
307     }
308
309     unsafe fn from_ptr(ptr: *mut RcBox<T>) -> Self {
310         Self::from_inner(unsafe { NonNull::new_unchecked(ptr) })
311     }
312 }
313
314 impl<T> Rc<T> {
315     /// Constructs a new `Rc<T>`.
316     ///
317     /// # Examples
318     ///
319     /// ```
320     /// use std::rc::Rc;
321     ///
322     /// let five = Rc::new(5);
323     /// ```
324     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
325     pub fn new(value: T) -> Rc<T> {
326         // There is an implicit weak pointer owned by all the strong
327         // pointers, which ensures that the weak destructor never frees
328         // the allocation while the strong destructor is running, even
329         // if the weak pointer is stored inside the strong one.
330         Self::from_inner(
331             Box::leak(box RcBox { strong: Cell::new(1), weak: Cell::new(1), value }).into(),
332         )
333     }
334
335     /// Constructs a new `Rc<T>` using a weak reference to itself. Attempting
336     /// to upgrade the weak reference before this function returns will result
337     /// in a `None` value. However, the weak reference may be cloned freely and
338     /// stored for use at a later time.
339     #[unstable(feature = "arc_new_cyclic", issue = "75861")]
340     pub fn new_cyclic(data_fn: impl FnOnce(&Weak<T>) -> T) -> Rc<T> {
341         // Construct the inner in the "uninitialized" state with a single
342         // weak reference.
343         let uninit_ptr: NonNull<_> = Box::leak(box RcBox {
344             strong: Cell::new(0),
345             weak: Cell::new(1),
346             value: mem::MaybeUninit::<T>::uninit(),
347         })
348         .into();
349
350         let init_ptr: NonNull<RcBox<T>> = uninit_ptr.cast();
351
352         let weak = Weak { ptr: init_ptr };
353
354         // It's important we don't give up ownership of the weak pointer, or
355         // else the memory might be freed by the time `data_fn` returns. If
356         // we really wanted to pass ownership, we could create an additional
357         // weak pointer for ourselves, but this would result in additional
358         // updates to the weak reference count which might not be necessary
359         // otherwise.
360         let data = data_fn(&weak);
361
362         unsafe {
363             let inner = init_ptr.as_ptr();
364             ptr::write(&raw mut (*inner).value, data);
365
366             let prev_value = (*inner).strong.get();
367             debug_assert_eq!(prev_value, 0, "No prior strong references should exist");
368             (*inner).strong.set(1);
369         }
370
371         let strong = Rc::from_inner(init_ptr);
372
373         // Strong references should collectively own a shared weak reference,
374         // so don't run the destructor for our old weak reference.
375         mem::forget(weak);
376         strong
377     }
378
379     /// Constructs a new `Rc` with uninitialized contents.
380     ///
381     /// # Examples
382     ///
383     /// ```
384     /// #![feature(new_uninit)]
385     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
386     ///
387     /// use std::rc::Rc;
388     ///
389     /// let mut five = Rc::<u32>::new_uninit();
390     ///
391     /// let five = unsafe {
392     ///     // Deferred initialization:
393     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut five).as_mut_ptr().write(5);
394     ///
395     ///     five.assume_init()
396     /// };
397     ///
398     /// assert_eq!(*five, 5)
399     /// ```
400     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
401     pub fn new_uninit() -> Rc<mem::MaybeUninit<T>> {
402         unsafe {
403             Rc::from_ptr(Rc::allocate_for_layout(
404                 Layout::new::<T>(),
405                 |layout| Global.alloc(layout),
406                 |mem| mem as *mut RcBox<mem::MaybeUninit<T>>,
407             ))
408         }
409     }
410
411     /// Constructs a new `Rc` with uninitialized contents, with the memory
412     /// being filled with `0` bytes.
413     ///
414     /// See [`MaybeUninit::zeroed`][zeroed] for examples of correct and
415     /// incorrect usage of this method.
416     ///
417     /// # Examples
418     ///
419     /// ```
420     /// #![feature(new_uninit)]
421     ///
422     /// use std::rc::Rc;
423     ///
424     /// let zero = Rc::<u32>::new_zeroed();
425     /// let zero = unsafe { zero.assume_init() };
426     ///
427     /// assert_eq!(*zero, 0)
428     /// ```
429     ///
430     /// [zeroed]: mem::MaybeUninit::zeroed
431     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
432     pub fn new_zeroed() -> Rc<mem::MaybeUninit<T>> {
433         unsafe {
434             Rc::from_ptr(Rc::allocate_for_layout(
435                 Layout::new::<T>(),
436                 |layout| Global.alloc_zeroed(layout),
437                 |mem| mem as *mut RcBox<mem::MaybeUninit<T>>,
438             ))
439         }
440     }
441
442     /// Constructs a new `Pin<Rc<T>>`. If `T` does not implement `Unpin`, then
443     /// `value` will be pinned in memory and unable to be moved.
444     #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
445     pub fn pin(value: T) -> Pin<Rc<T>> {
446         unsafe { Pin::new_unchecked(Rc::new(value)) }
447     }
448
449     /// Returns the inner value, if the `Rc` has exactly one strong reference.
450     ///
451     /// Otherwise, an [`Err`] is returned with the same `Rc` that was
452     /// passed in.
453     ///
454     /// This will succeed even if there are outstanding weak references.
455     ///
456     /// # Examples
457     ///
458     /// ```
459     /// use std::rc::Rc;
460     ///
461     /// let x = Rc::new(3);
462     /// assert_eq!(Rc::try_unwrap(x), Ok(3));
463     ///
464     /// let x = Rc::new(4);
465     /// let _y = Rc::clone(&x);
466     /// assert_eq!(*Rc::try_unwrap(x).unwrap_err(), 4);
467     /// ```
468     #[inline]
469     #[stable(feature = "rc_unique", since = "1.4.0")]
470     pub fn try_unwrap(this: Self) -> Result<T, Self> {
471         if Rc::strong_count(&this) == 1 {
472             unsafe {
473                 let val = ptr::read(&*this); // copy the contained object
474
475                 // Indicate to Weaks that they can't be promoted by decrementing
476                 // the strong count, and then remove the implicit "strong weak"
477                 // pointer while also handling drop logic by just crafting a
478                 // fake Weak.
479                 this.inner().dec_strong();
480                 let _weak = Weak { ptr: this.ptr };
481                 forget(this);
482                 Ok(val)
483             }
484         } else {
485             Err(this)
486         }
487     }
488 }
489
490 impl<T> Rc<[T]> {
491     /// Constructs a new reference-counted slice with uninitialized contents.
492     ///
493     /// # Examples
494     ///
495     /// ```
496     /// #![feature(new_uninit)]
497     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
498     ///
499     /// use std::rc::Rc;
500     ///
501     /// let mut values = Rc::<[u32]>::new_uninit_slice(3);
502     ///
503     /// let values = unsafe {
504     ///     // Deferred initialization:
505     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut values)[0].as_mut_ptr().write(1);
506     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut values)[1].as_mut_ptr().write(2);
507     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut values)[2].as_mut_ptr().write(3);
508     ///
509     ///     values.assume_init()
510     /// };
511     ///
512     /// assert_eq!(*values, [1, 2, 3])
513     /// ```
514     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
515     pub fn new_uninit_slice(len: usize) -> Rc<[mem::MaybeUninit<T>]> {
516         unsafe { Rc::from_ptr(Rc::allocate_for_slice(len)) }
517     }
518
519     /// Constructs a new reference-counted slice with uninitialized contents, with the memory being
520     /// filled with `0` bytes.
521     ///
522     /// See [`MaybeUninit::zeroed`][zeroed] for examples of correct and
523     /// incorrect usage of this method.
524     ///
525     /// # Examples
526     ///
527     /// ```
528     /// #![feature(new_uninit)]
529     ///
530     /// use std::rc::Rc;
531     ///
532     /// let values = Rc::<[u32]>::new_zeroed_slice(3);
533     /// let values = unsafe { values.assume_init() };
534     ///
535     /// assert_eq!(*values, [0, 0, 0])
536     /// ```
537     ///
538     /// [zeroed]: mem::MaybeUninit::zeroed
539     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
540     pub fn new_zeroed_slice(len: usize) -> Rc<[mem::MaybeUninit<T>]> {
541         unsafe {
542             Rc::from_ptr(Rc::allocate_for_layout(
543                 Layout::array::<T>(len).unwrap(),
544                 |layout| Global.alloc_zeroed(layout),
545                 |mem| {
546                     ptr::slice_from_raw_parts_mut(mem as *mut T, len)
547                         as *mut RcBox<[mem::MaybeUninit<T>]>
548                 },
549             ))
550         }
551     }
552 }
553
554 impl<T> Rc<mem::MaybeUninit<T>> {
555     /// Converts to `Rc<T>`.
556     ///
557     /// # Safety
558     ///
559     /// As with [`MaybeUninit::assume_init`],
560     /// it is up to the caller to guarantee that the inner value
561     /// really is in an initialized state.
562     /// Calling this when the content is not yet fully initialized
563     /// causes immediate undefined behavior.
564     ///
565     /// [`MaybeUninit::assume_init`]: mem::MaybeUninit::assume_init
566     ///
567     /// # Examples
568     ///
569     /// ```
570     /// #![feature(new_uninit)]
571     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
572     ///
573     /// use std::rc::Rc;
574     ///
575     /// let mut five = Rc::<u32>::new_uninit();
576     ///
577     /// let five = unsafe {
578     ///     // Deferred initialization:
579     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut five).as_mut_ptr().write(5);
580     ///
581     ///     five.assume_init()
582     /// };
583     ///
584     /// assert_eq!(*five, 5)
585     /// ```
586     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
587     #[inline]
588     pub unsafe fn assume_init(self) -> Rc<T> {
589         Rc::from_inner(mem::ManuallyDrop::new(self).ptr.cast())
590     }
591 }
592
593 impl<T> Rc<[mem::MaybeUninit<T>]> {
594     /// Converts to `Rc<[T]>`.
595     ///
596     /// # Safety
597     ///
598     /// As with [`MaybeUninit::assume_init`],
599     /// it is up to the caller to guarantee that the inner value
600     /// really is in an initialized state.
601     /// Calling this when the content is not yet fully initialized
602     /// causes immediate undefined behavior.
603     ///
604     /// [`MaybeUninit::assume_init`]: mem::MaybeUninit::assume_init
605     ///
606     /// # Examples
607     ///
608     /// ```
609     /// #![feature(new_uninit)]
610     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
611     ///
612     /// use std::rc::Rc;
613     ///
614     /// let mut values = Rc::<[u32]>::new_uninit_slice(3);
615     ///
616     /// let values = unsafe {
617     ///     // Deferred initialization:
618     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut values)[0].as_mut_ptr().write(1);
619     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut values)[1].as_mut_ptr().write(2);
620     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut values)[2].as_mut_ptr().write(3);
621     ///
622     ///     values.assume_init()
623     /// };
624     ///
625     /// assert_eq!(*values, [1, 2, 3])
626     /// ```
627     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
628     #[inline]
629     pub unsafe fn assume_init(self) -> Rc<[T]> {
630         unsafe { Rc::from_ptr(mem::ManuallyDrop::new(self).ptr.as_ptr() as _) }
631     }
632 }
633
634 impl<T: ?Sized> Rc<T> {
635     /// Consumes the `Rc`, returning the wrapped pointer.
636     ///
637     /// To avoid a memory leak the pointer must be converted back to an `Rc` using
638     /// [`Rc::from_raw`][from_raw].
639     ///
640     /// [from_raw]: Rc::from_raw
641     ///
642     /// # Examples
643     ///
644     /// ```
645     /// use std::rc::Rc;
646     ///
647     /// let x = Rc::new("hello".to_owned());
648     /// let x_ptr = Rc::into_raw(x);
649     /// assert_eq!(unsafe { &*x_ptr }, "hello");
650     /// ```
651     #[stable(feature = "rc_raw", since = "1.17.0")]
652     pub fn into_raw(this: Self) -> *const T {
653         let ptr = Self::as_ptr(&this);
654         mem::forget(this);
655         ptr
656     }
657
658     /// Provides a raw pointer to the data.
659     ///
660     /// The counts are not affected in any way and the `Rc` is not consumed. The pointer is valid
661     /// for as long there are strong counts in the `Rc`.
662     ///
663     /// # Examples
664     ///
665     /// ```
666     /// use std::rc::Rc;
667     ///
668     /// let x = Rc::new("hello".to_owned());
669     /// let y = Rc::clone(&x);
670     /// let x_ptr = Rc::as_ptr(&x);
671     /// assert_eq!(x_ptr, Rc::as_ptr(&y));
672     /// assert_eq!(unsafe { &*x_ptr }, "hello");
673     /// ```
674     #[stable(feature = "weak_into_raw", since = "1.45.0")]
675     pub fn as_ptr(this: &Self) -> *const T {
676         let ptr: *mut RcBox<T> = NonNull::as_ptr(this.ptr);
677
678         // SAFETY: This cannot go through Deref::deref or Rc::inner because
679         // this is required to retain raw/mut provenance such that e.g. `get_mut` can
680         // write through the pointer after the Rc is recovered through `from_raw`.
681         unsafe { &raw const (*ptr).value }
682     }
683
684     /// Constructs an `Rc<T>` from a raw pointer.
685     ///
686     /// The raw pointer must have been previously returned by a call to
687     /// [`Rc<U>::into_raw`][into_raw] where `U` must have the same size
688     /// and alignment as `T`. This is trivially true if `U` is `T`.
689     /// Note that if `U` is not `T` but has the same size and alignment, this is
690     /// basically like transmuting references of different types. See
691     /// [`mem::transmute`][transmute] for more information on what
692     /// restrictions apply in this case.
693     ///
694     /// The user of `from_raw` has to make sure a specific value of `T` is only
695     /// dropped once.
696     ///
697     /// This function is unsafe because improper use may lead to memory unsafety,
698     /// even if the returned `Rc<T>` is never accessed.
699     ///
700     /// [into_raw]: Rc::into_raw
701     /// [transmute]: core::mem::transmute
702     ///
703     /// # Examples
704     ///
705     /// ```
706     /// use std::rc::Rc;
707     ///
708     /// let x = Rc::new("hello".to_owned());
709     /// let x_ptr = Rc::into_raw(x);
710     ///
711     /// unsafe {
712     ///     // Convert back to an `Rc` to prevent leak.
713     ///     let x = Rc::from_raw(x_ptr);
714     ///     assert_eq!(&*x, "hello");
715     ///
716     ///     // Further calls to `Rc::from_raw(x_ptr)` would be memory-unsafe.
717     /// }
718     ///
719     /// // The memory was freed when `x` went out of scope above, so `x_ptr` is now dangling!
720     /// ```
721     #[stable(feature = "rc_raw", since = "1.17.0")]
722     pub unsafe fn from_raw(ptr: *const T) -> Self {
723         let offset = unsafe { data_offset(ptr) };
724
725         // Reverse the offset to find the original RcBox.
726         let fake_ptr = ptr as *mut RcBox<T>;
727         let rc_ptr = unsafe { set_data_ptr(fake_ptr, (ptr as *mut u8).offset(-offset)) };
728
729         unsafe { Self::from_ptr(rc_ptr) }
730     }
731
732     /// Creates a new [`Weak`] pointer to this allocation.
733     ///
734     /// # Examples
735     ///
736     /// ```
737     /// use std::rc::Rc;
738     ///
739     /// let five = Rc::new(5);
740     ///
741     /// let weak_five = Rc::downgrade(&five);
742     /// ```
743     #[stable(feature = "rc_weak", since = "1.4.0")]
744     pub fn downgrade(this: &Self) -> Weak<T> {
745         this.inner().inc_weak();
746         // Make sure we do not create a dangling Weak
747         debug_assert!(!is_dangling(this.ptr));
748         Weak { ptr: this.ptr }
749     }
750
751     /// Gets the number of [`Weak`] pointers to this allocation.
752     ///
753     /// # Examples
754     ///
755     /// ```
756     /// use std::rc::Rc;
757     ///
758     /// let five = Rc::new(5);
759     /// let _weak_five = Rc::downgrade(&five);
760     ///
761     /// assert_eq!(1, Rc::weak_count(&five));
762     /// ```
763     #[inline]
764     #[stable(feature = "rc_counts", since = "1.15.0")]
765     pub fn weak_count(this: &Self) -> usize {
766         this.inner().weak() - 1
767     }
768
769     /// Gets the number of strong (`Rc`) pointers to this allocation.
770     ///
771     /// # Examples
772     ///
773     /// ```
774     /// use std::rc::Rc;
775     ///
776     /// let five = Rc::new(5);
777     /// let _also_five = Rc::clone(&five);
778     ///
779     /// assert_eq!(2, Rc::strong_count(&five));
780     /// ```
781     #[inline]
782     #[stable(feature = "rc_counts", since = "1.15.0")]
783     pub fn strong_count(this: &Self) -> usize {
784         this.inner().strong()
785     }
786
787     /// Returns `true` if there are no other `Rc` or [`Weak`] pointers to
788     /// this allocation.
789     #[inline]
790     fn is_unique(this: &Self) -> bool {
791         Rc::weak_count(this) == 0 && Rc::strong_count(this) == 1
792     }
793
794     /// Returns a mutable reference into the given `Rc`, if there are
795     /// no other `Rc` or [`Weak`] pointers to the same allocation.
796     ///
797     /// Returns [`None`] otherwise, because it is not safe to
798     /// mutate a shared value.
799     ///
800     /// See also [`make_mut`][make_mut], which will [`clone`][clone]
801     /// the inner value when there are other pointers.
802     ///
803     /// [make_mut]: Rc::make_mut
804     /// [clone]: Clone::clone
805     ///
806     /// # Examples
807     ///
808     /// ```
809     /// use std::rc::Rc;
810     ///
811     /// let mut x = Rc::new(3);
812     /// *Rc::get_mut(&mut x).unwrap() = 4;
813     /// assert_eq!(*x, 4);
814     ///
815     /// let _y = Rc::clone(&x);
816     /// assert!(Rc::get_mut(&mut x).is_none());
817     /// ```
818     #[inline]
819     #[stable(feature = "rc_unique", since = "1.4.0")]
820     pub fn get_mut(this: &mut Self) -> Option<&mut T> {
821         if Rc::is_unique(this) { unsafe { Some(Rc::get_mut_unchecked(this)) } } else { None }
822     }
823
824     /// Returns a mutable reference into the given `Rc`,
825     /// without any check.
826     ///
827     /// See also [`get_mut`], which is safe and does appropriate checks.
828     ///
829     /// [`get_mut`]: Rc::get_mut
830     ///
831     /// # Safety
832     ///
833     /// Any other `Rc` or [`Weak`] pointers to the same allocation must not be dereferenced
834     /// for the duration of the returned borrow.
835     /// This is trivially the case if no such pointers exist,
836     /// for example immediately after `Rc::new`.
837     ///
838     /// # Examples
839     ///
840     /// ```
841     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
842     ///
843     /// use std::rc::Rc;
844     ///
845     /// let mut x = Rc::new(String::new());
846     /// unsafe {
847     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut x).push_str("foo")
848     /// }
849     /// assert_eq!(*x, "foo");
850     /// ```
851     #[inline]
852     #[unstable(feature = "get_mut_unchecked", issue = "63292")]
853     pub unsafe fn get_mut_unchecked(this: &mut Self) -> &mut T {
854         // We are careful to *not* create a reference covering the "count" fields, as
855         // this would conflict with accesses to the reference counts (e.g. by `Weak`).
856         unsafe { &mut (*this.ptr.as_ptr()).value }
857     }
858
859     #[inline]
860     #[stable(feature = "ptr_eq", since = "1.17.0")]
861     /// Returns `true` if the two `Rc`s point to the same allocation
862     /// (in a vein similar to [`ptr::eq`]).
863     ///
864     /// # Examples
865     ///
866     /// ```
867     /// use std::rc::Rc;
868     ///
869     /// let five = Rc::new(5);
870     /// let same_five = Rc::clone(&five);
871     /// let other_five = Rc::new(5);
872     ///
873     /// assert!(Rc::ptr_eq(&five, &same_five));
874     /// assert!(!Rc::ptr_eq(&five, &other_five));
875     /// ```
876     ///
877     /// [`ptr::eq`]: core::ptr::eq
878     pub fn ptr_eq(this: &Self, other: &Self) -> bool {
879         this.ptr.as_ptr() == other.ptr.as_ptr()
880     }
881 }
882
883 impl<T: Clone> Rc<T> {
884     /// Makes a mutable reference into the given `Rc`.
885     ///
886     /// If there are other `Rc` pointers to the same allocation, then `make_mut` will
887     /// [`clone`] the inner value to a new allocation to ensure unique ownership.  This is also
888     /// referred to as clone-on-write.
889     ///
890     /// If there are no other `Rc` pointers to this allocation, then [`Weak`]
891     /// pointers to this allocation will be disassociated.
892     ///
893     /// See also [`get_mut`], which will fail rather than cloning.
894     ///
895     /// [`clone`]: Clone::clone
896     /// [`get_mut`]: Rc::get_mut
897     ///
898     /// # Examples
899     ///
900     /// ```
901     /// use std::rc::Rc;
902     ///
903     /// let mut data = Rc::new(5);
904     ///
905     /// *Rc::make_mut(&mut data) += 1;        // Won't clone anything
906     /// let mut other_data = Rc::clone(&data);    // Won't clone inner data
907     /// *Rc::make_mut(&mut data) += 1;        // Clones inner data
908     /// *Rc::make_mut(&mut data) += 1;        // Won't clone anything
909     /// *Rc::make_mut(&mut other_data) *= 2;  // Won't clone anything
910     ///
911     /// // Now `data` and `other_data` point to different allocations.
912     /// assert_eq!(*data, 8);
913     /// assert_eq!(*other_data, 12);
914     /// ```
915     ///
916     /// [`Weak`] pointers will be disassociated:
917     ///
918     /// ```
919     /// use std::rc::Rc;
920     ///
921     /// let mut data = Rc::new(75);
922     /// let weak = Rc::downgrade(&data);
923     ///
924     /// assert!(75 == *data);
925     /// assert!(75 == *weak.upgrade().unwrap());
926     ///
927     /// *Rc::make_mut(&mut data) += 1;
928     ///
929     /// assert!(76 == *data);
930     /// assert!(weak.upgrade().is_none());
931     /// ```
932     #[inline]
933     #[stable(feature = "rc_unique", since = "1.4.0")]
934     pub fn make_mut(this: &mut Self) -> &mut T {
935         if Rc::strong_count(this) != 1 {
936             // Gotta clone the data, there are other Rcs
937             *this = Rc::new((**this).clone())
938         } else if Rc::weak_count(this) != 0 {
939             // Can just steal the data, all that's left is Weaks
940             unsafe {
941                 let mut swap = Rc::new(ptr::read(&this.ptr.as_ref().value));
942                 mem::swap(this, &mut swap);
943                 swap.inner().dec_strong();
944                 // Remove implicit strong-weak ref (no need to craft a fake
945                 // Weak here -- we know other Weaks can clean up for us)
946                 swap.inner().dec_weak();
947                 forget(swap);
948             }
949         }
950         // This unsafety is ok because we're guaranteed that the pointer
951         // returned is the *only* pointer that will ever be returned to T. Our
952         // reference count is guaranteed to be 1 at this point, and we required
953         // the `Rc<T>` itself to be `mut`, so we're returning the only possible
954         // reference to the allocation.
955         unsafe { &mut this.ptr.as_mut().value }
956     }
957 }
958
959 impl Rc<dyn Any> {
960     #[inline]
961     #[stable(feature = "rc_downcast", since = "1.29.0")]
962     /// Attempt to downcast the `Rc<dyn Any>` to a concrete type.
963     ///
964     /// # Examples
965     ///
966     /// ```
967     /// use std::any::Any;
968     /// use std::rc::Rc;
969     ///
970     /// fn print_if_string(value: Rc<dyn Any>) {
971     ///     if let Ok(string) = value.downcast::<String>() {
972     ///         println!("String ({}): {}", string.len(), string);
973     ///     }
974     /// }
975     ///
976     /// let my_string = "Hello World".to_string();
977     /// print_if_string(Rc::new(my_string));
978     /// print_if_string(Rc::new(0i8));
979     /// ```
980     pub fn downcast<T: Any>(self) -> Result<Rc<T>, Rc<dyn Any>> {
981         if (*self).is::<T>() {
982             let ptr = self.ptr.cast::<RcBox<T>>();
983             forget(self);
984             Ok(Rc::from_inner(ptr))
985         } else {
986             Err(self)
987         }
988     }
989 }
990
991 impl<T: ?Sized> Rc<T> {
992     /// Allocates an `RcBox<T>` with sufficient space for
993     /// a possibly-unsized inner value where the value has the layout provided.
994     ///
995     /// The function `mem_to_rcbox` is called with the data pointer
996     /// and must return back a (potentially fat)-pointer for the `RcBox<T>`.
997     unsafe fn allocate_for_layout(
998         value_layout: Layout,
999         allocate: impl FnOnce(Layout) -> Result<NonNull<[u8]>, AllocError>,
1000         mem_to_rcbox: impl FnOnce(*mut u8) -> *mut RcBox<T>,
1001     ) -> *mut RcBox<T> {
1002         // Calculate layout using the given value layout.
1003         // Previously, layout was calculated on the expression
1004         // `&*(ptr as *const RcBox<T>)`, but this created a misaligned
1005         // reference (see #54908).
1006         let layout = Layout::new::<RcBox<()>>().extend(value_layout).unwrap().0.pad_to_align();
1007
1008         // Allocate for the layout.
1009         let ptr = allocate(layout).unwrap_or_else(|_| handle_alloc_error(layout));
1010
1011         // Initialize the RcBox
1012         let inner = mem_to_rcbox(ptr.as_non_null_ptr().as_ptr());
1013         unsafe {
1014             debug_assert_eq!(Layout::for_value(&*inner), layout);
1015
1016             ptr::write(&mut (*inner).strong, Cell::new(1));
1017             ptr::write(&mut (*inner).weak, Cell::new(1));
1018         }
1019
1020         inner
1021     }
1022
1023     /// Allocates an `RcBox<T>` with sufficient space for an unsized inner value
1024     unsafe fn allocate_for_ptr(ptr: *const T) -> *mut RcBox<T> {
1025         // Allocate for the `RcBox<T>` using the given value.
1026         unsafe {
1027             Self::allocate_for_layout(
1028                 Layout::for_value(&*ptr),
1029                 |layout| Global.alloc(layout),
1030                 |mem| set_data_ptr(ptr as *mut T, mem) as *mut RcBox<T>,
1031             )
1032         }
1033     }
1034
1035     fn from_box(v: Box<T>) -> Rc<T> {
1036         unsafe {
1037             let (box_unique, alloc) = Box::into_unique(v);
1038             let bptr = box_unique.as_ptr();
1039
1040             let value_size = size_of_val(&*bptr);
1041             let ptr = Self::allocate_for_ptr(bptr);
1042
1043             // Copy value as bytes
1044             ptr::copy_nonoverlapping(
1045                 bptr as *const T as *const u8,
1046                 &mut (*ptr).value as *mut _ as *mut u8,
1047                 value_size,
1048             );
1049
1050             // Free the allocation without dropping its contents
1051             box_free(box_unique, alloc);
1052
1053             Self::from_ptr(ptr)
1054         }
1055     }
1056 }
1057
1058 impl<T> Rc<[T]> {
1059     /// Allocates an `RcBox<[T]>` with the given length.
1060     unsafe fn allocate_for_slice(len: usize) -> *mut RcBox<[T]> {
1061         unsafe {
1062             Self::allocate_for_layout(
1063                 Layout::array::<T>(len).unwrap(),
1064                 |layout| Global.alloc(layout),
1065                 |mem| ptr::slice_from_raw_parts_mut(mem as *mut T, len) as *mut RcBox<[T]>,
1066             )
1067         }
1068     }
1069 }
1070
1071 /// Sets the data pointer of a `?Sized` raw pointer.
1072 ///
1073 /// For a slice/trait object, this sets the `data` field and leaves the rest
1074 /// unchanged. For a sized raw pointer, this simply sets the pointer.
1075 unsafe fn set_data_ptr<T: ?Sized, U>(mut ptr: *mut T, data: *mut U) -> *mut T {
1076     unsafe {
1077         ptr::write(&mut ptr as *mut _ as *mut *mut u8, data as *mut u8);
1078     }
1079     ptr
1080 }
1081
1082 impl<T> Rc<[T]> {
1083     /// Copy elements from slice into newly allocated Rc<\[T\]>
1084     ///
1085     /// Unsafe because the caller must either take ownership or bind `T: Copy`
1086     unsafe fn copy_from_slice(v: &[T]) -> Rc<[T]> {
1087         unsafe {
1088             let ptr = Self::allocate_for_slice(v.len());
1089             ptr::copy_nonoverlapping(v.as_ptr(), &mut (*ptr).value as *mut [T] as *mut T, v.len());
1090             Self::from_ptr(ptr)
1091         }
1092     }
1093
1094     /// Constructs an `Rc<[T]>` from an iterator known to be of a certain size.
1095     ///
1096     /// Behavior is undefined should the size be wrong.
1097     unsafe fn from_iter_exact(iter: impl iter::Iterator<Item = T>, len: usize) -> Rc<[T]> {
1098         // Panic guard while cloning T elements.
1099         // In the event of a panic, elements that have been written
1100         // into the new RcBox will be dropped, then the memory freed.
1101         struct Guard<T> {
1102             mem: NonNull<u8>,
1103             elems: *mut T,
1104             layout: Layout,
1105             n_elems: usize,
1106         }
1107
1108         impl<T> Drop for Guard<T> {
1109             fn drop(&mut self) {
1110                 unsafe {
1111                     let slice = from_raw_parts_mut(self.elems, self.n_elems);
1112                     ptr::drop_in_place(slice);
1113
1114                     Global.dealloc(self.mem, self.layout);
1115                 }
1116             }
1117         }
1118
1119         unsafe {
1120             let ptr = Self::allocate_for_slice(len);
1121
1122             let mem = ptr as *mut _ as *mut u8;
1123             let layout = Layout::for_value(&*ptr);
1124
1125             // Pointer to first element
1126             let elems = &mut (*ptr).value as *mut [T] as *mut T;
1127
1128             let mut guard = Guard { mem: NonNull::new_unchecked(mem), elems, layout, n_elems: 0 };
1129
1130             for (i, item) in iter.enumerate() {
1131                 ptr::write(elems.add(i), item);
1132                 guard.n_elems += 1;
1133             }
1134
1135             // All clear. Forget the guard so it doesn't free the new RcBox.
1136             forget(guard);
1137
1138             Self::from_ptr(ptr)
1139         }
1140     }
1141 }
1142
1143 /// Specialization trait used for `From<&[T]>`.
1144 trait RcFromSlice<T> {
1145     fn from_slice(slice: &[T]) -> Self;
1146 }
1147
1148 impl<T: Clone> RcFromSlice<T> for Rc<[T]> {
1149     #[inline]
1150     default fn from_slice(v: &[T]) -> Self {
1151         unsafe { Self::from_iter_exact(v.iter().cloned(), v.len()) }
1152     }
1153 }
1154
1155 impl<T: Copy> RcFromSlice<T> for Rc<[T]> {
1156     #[inline]
1157     fn from_slice(v: &[T]) -> Self {
1158         unsafe { Rc::copy_from_slice(v) }
1159     }
1160 }
1161
1162 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1163 impl<T: ?Sized> Deref for Rc<T> {
1164     type Target = T;
1165
1166     #[inline(always)]
1167     fn deref(&self) -> &T {
1168         &self.inner().value
1169     }
1170 }
1171
1172 #[unstable(feature = "receiver_trait", issue = "none")]
1173 impl<T: ?Sized> Receiver for Rc<T> {}
1174
1175 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1176 unsafe impl<#[may_dangle] T: ?Sized> Drop for Rc<T> {
1177     /// Drops the `Rc`.
1178     ///
1179     /// This will decrement the strong reference count. If the strong reference
1180     /// count reaches zero then the only other references (if any) are
1181     /// [`Weak`], so we `drop` the inner value.
1182     ///
1183     /// # Examples
1184     ///
1185     /// ```
1186     /// use std::rc::Rc;
1187     ///
1188     /// struct Foo;
1189     ///
1190     /// impl Drop for Foo {
1191     ///     fn drop(&mut self) {
1192     ///         println!("dropped!");
1193     ///     }
1194     /// }
1195     ///
1196     /// let foo  = Rc::new(Foo);
1197     /// let foo2 = Rc::clone(&foo);
1198     ///
1199     /// drop(foo);    // Doesn't print anything
1200     /// drop(foo2);   // Prints "dropped!"
1201     /// ```
1202     fn drop(&mut self) {
1203         unsafe {
1204             self.inner().dec_strong();
1205             if self.inner().strong() == 0 {
1206                 // destroy the contained object
1207                 ptr::drop_in_place(Self::get_mut_unchecked(self));
1208
1209                 // remove the implicit "strong weak" pointer now that we've
1210                 // destroyed the contents.
1211                 self.inner().dec_weak();
1212
1213                 if self.inner().weak() == 0 {
1214                     Global.dealloc(self.ptr.cast(), Layout::for_value(self.ptr.as_ref()));
1215                 }
1216             }
1217         }
1218     }
1219 }
1220
1221 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1222 impl<T: ?Sized> Clone for Rc<T> {
1223     /// Makes a clone of the `Rc` pointer.
1224     ///
1225     /// This creates another pointer to the same allocation, increasing the
1226     /// strong reference count.
1227     ///
1228     /// # Examples
1229     ///
1230     /// ```
1231     /// use std::rc::Rc;
1232     ///
1233     /// let five = Rc::new(5);
1234     ///
1235     /// let _ = Rc::clone(&five);
1236     /// ```
1237     #[inline]
1238     fn clone(&self) -> Rc<T> {
1239         self.inner().inc_strong();
1240         Self::from_inner(self.ptr)
1241     }
1242 }
1243
1244 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1245 impl<T: Default> Default for Rc<T> {
1246     /// Creates a new `Rc<T>`, with the `Default` value for `T`.
1247     ///
1248     /// # Examples
1249     ///
1250     /// ```
1251     /// use std::rc::Rc;
1252     ///
1253     /// let x: Rc<i32> = Default::default();
1254     /// assert_eq!(*x, 0);
1255     /// ```
1256     #[inline]
1257     fn default() -> Rc<T> {
1258         Rc::new(Default::default())
1259     }
1260 }
1261
1262 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1263 trait RcEqIdent<T: ?Sized + PartialEq> {
1264     fn eq(&self, other: &Rc<T>) -> bool;
1265     fn ne(&self, other: &Rc<T>) -> bool;
1266 }
1267
1268 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1269 impl<T: ?Sized + PartialEq> RcEqIdent<T> for Rc<T> {
1270     #[inline]
1271     default fn eq(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1272         **self == **other
1273     }
1274
1275     #[inline]
1276     default fn ne(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1277         **self != **other
1278     }
1279 }
1280
1281 // Hack to allow specializing on `Eq` even though `Eq` has a method.
1282 #[rustc_unsafe_specialization_marker]
1283 pub(crate) trait MarkerEq: PartialEq<Self> {}
1284
1285 impl<T: Eq> MarkerEq for T {}
1286
1287 /// We're doing this specialization here, and not as a more general optimization on `&T`, because it
1288 /// would otherwise add a cost to all equality checks on refs. We assume that `Rc`s are used to
1289 /// store large values, that are slow to clone, but also heavy to check for equality, causing this
1290 /// cost to pay off more easily. It's also more likely to have two `Rc` clones, that point to
1291 /// the same value, than two `&T`s.
1292 ///
1293 /// We can only do this when `T: Eq` as a `PartialEq` might be deliberately irreflexive.
1294 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1295 impl<T: ?Sized + MarkerEq> RcEqIdent<T> for Rc<T> {
1296     #[inline]
1297     fn eq(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1298         Rc::ptr_eq(self, other) || **self == **other
1299     }
1300
1301     #[inline]
1302     fn ne(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1303         !Rc::ptr_eq(self, other) && **self != **other
1304     }
1305 }
1306
1307 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1308 impl<T: ?Sized + PartialEq> PartialEq for Rc<T> {
1309     /// Equality for two `Rc`s.
1310     ///
1311     /// Two `Rc`s are equal if their inner values are equal, even if they are
1312     /// stored in different allocation.
1313     ///
1314     /// If `T` also implements `Eq` (implying reflexivity of equality),
1315     /// two `Rc`s that point to the same allocation are
1316     /// always equal.
1317     ///
1318     /// # Examples
1319     ///
1320     /// ```
1321     /// use std::rc::Rc;
1322     ///
1323     /// let five = Rc::new(5);
1324     ///
1325     /// assert!(five == Rc::new(5));
1326     /// ```
1327     #[inline]
1328     fn eq(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1329         RcEqIdent::eq(self, other)
1330     }
1331
1332     /// Inequality for two `Rc`s.
1333     ///
1334     /// Two `Rc`s are unequal if their inner values are unequal.
1335     ///
1336     /// If `T` also implements `Eq` (implying reflexivity of equality),
1337     /// two `Rc`s that point to the same allocation are
1338     /// never unequal.
1339     ///
1340     /// # Examples
1341     ///
1342     /// ```
1343     /// use std::rc::Rc;
1344     ///
1345     /// let five = Rc::new(5);
1346     ///
1347     /// assert!(five != Rc::new(6));
1348     /// ```
1349     #[inline]
1350     fn ne(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1351         RcEqIdent::ne(self, other)
1352     }
1353 }
1354
1355 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1356 impl<T: ?Sized + Eq> Eq for Rc<T> {}
1357
1358 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1359 impl<T: ?Sized + PartialOrd> PartialOrd for Rc<T> {
1360     /// Partial comparison for two `Rc`s.
1361     ///
1362     /// The two are compared by calling `partial_cmp()` on their inner values.
1363     ///
1364     /// # Examples
1365     ///
1366     /// ```
1367     /// use std::rc::Rc;
1368     /// use std::cmp::Ordering;
1369     ///
1370     /// let five = Rc::new(5);
1371     ///
1372     /// assert_eq!(Some(Ordering::Less), five.partial_cmp(&Rc::new(6)));
1373     /// ```
1374     #[inline(always)]
1375     fn partial_cmp(&self, other: &Rc<T>) -> Option<Ordering> {
1376         (**self).partial_cmp(&**other)
1377     }
1378
1379     /// Less-than comparison for two `Rc`s.
1380     ///
1381     /// The two are compared by calling `<` on their inner values.
1382     ///
1383     /// # Examples
1384     ///
1385     /// ```
1386     /// use std::rc::Rc;
1387     ///
1388     /// let five = Rc::new(5);
1389     ///
1390     /// assert!(five < Rc::new(6));
1391     /// ```
1392     #[inline(always)]
1393     fn lt(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1394         **self < **other
1395     }
1396
1397     /// 'Less than or equal to' comparison for two `Rc`s.
1398     ///
1399     /// The two are compared by calling `<=` on their inner values.
1400     ///
1401     /// # Examples
1402     ///
1403     /// ```
1404     /// use std::rc::Rc;
1405     ///
1406     /// let five = Rc::new(5);
1407     ///
1408     /// assert!(five <= Rc::new(5));
1409     /// ```
1410     #[inline(always)]
1411     fn le(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1412         **self <= **other
1413     }
1414
1415     /// Greater-than comparison for two `Rc`s.
1416     ///
1417     /// The two are compared by calling `>` on their inner values.
1418     ///
1419     /// # Examples
1420     ///
1421     /// ```
1422     /// use std::rc::Rc;
1423     ///
1424     /// let five = Rc::new(5);
1425     ///
1426     /// assert!(five > Rc::new(4));
1427     /// ```
1428     #[inline(always)]
1429     fn gt(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1430         **self > **other
1431     }
1432
1433     /// 'Greater than or equal to' comparison for two `Rc`s.
1434     ///
1435     /// The two are compared by calling `>=` on their inner values.
1436     ///
1437     /// # Examples
1438     ///
1439     /// ```
1440     /// use std::rc::Rc;
1441     ///
1442     /// let five = Rc::new(5);
1443     ///
1444     /// assert!(five >= Rc::new(5));
1445     /// ```
1446     #[inline(always)]
1447     fn ge(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1448         **self >= **other
1449     }
1450 }
1451
1452 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1453 impl<T: ?Sized + Ord> Ord for Rc<T> {
1454     /// Comparison for two `Rc`s.
1455     ///
1456     /// The two are compared by calling `cmp()` on their inner values.
1457     ///
1458     /// # Examples
1459     ///
1460     /// ```
1461     /// use std::rc::Rc;
1462     /// use std::cmp::Ordering;
1463     ///
1464     /// let five = Rc::new(5);
1465     ///
1466     /// assert_eq!(Ordering::Less, five.cmp(&Rc::new(6)));
1467     /// ```
1468     #[inline]
1469     fn cmp(&self, other: &Rc<T>) -> Ordering {
1470         (**self).cmp(&**other)
1471     }
1472 }
1473
1474 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1475 impl<T: ?Sized + Hash> Hash for Rc<T> {
1476     fn hash<H: Hasher>(&self, state: &mut H) {
1477         (**self).hash(state);
1478     }
1479 }
1480
1481 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1482 impl<T: ?Sized + fmt::Display> fmt::Display for Rc<T> {
1483     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1484         fmt::Display::fmt(&**self, f)
1485     }
1486 }
1487
1488 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1489 impl<T: ?Sized + fmt::Debug> fmt::Debug for Rc<T> {
1490     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1491         fmt::Debug::fmt(&**self, f)
1492     }
1493 }
1494
1495 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1496 impl<T: ?Sized> fmt::Pointer for Rc<T> {
1497     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1498         fmt::Pointer::fmt(&(&**self as *const T), f)
1499     }
1500 }
1501
1502 #[stable(feature = "from_for_ptrs", since = "1.6.0")]
1503 impl<T> From<T> for Rc<T> {
1504     fn from(t: T) -> Self {
1505         Rc::new(t)
1506     }
1507 }
1508
1509 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1510 impl<T: Clone> From<&[T]> for Rc<[T]> {
1511     #[inline]
1512     fn from(v: &[T]) -> Rc<[T]> {
1513         <Self as RcFromSlice<T>>::from_slice(v)
1514     }
1515 }
1516
1517 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1518 impl From<&str> for Rc<str> {
1519     #[inline]
1520     fn from(v: &str) -> Rc<str> {
1521         let rc = Rc::<[u8]>::from(v.as_bytes());
1522         unsafe { Rc::from_raw(Rc::into_raw(rc) as *const str) }
1523     }
1524 }
1525
1526 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1527 impl From<String> for Rc<str> {
1528     #[inline]
1529     fn from(v: String) -> Rc<str> {
1530         Rc::from(&v[..])
1531     }
1532 }
1533
1534 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1535 impl<T: ?Sized> From<Box<T>> for Rc<T> {
1536     #[inline]
1537     fn from(v: Box<T>) -> Rc<T> {
1538         Rc::from_box(v)
1539     }
1540 }
1541
1542 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1543 impl<T> From<Vec<T>> for Rc<[T]> {
1544     #[inline]
1545     fn from(mut v: Vec<T>) -> Rc<[T]> {
1546         unsafe {
1547             let rc = Rc::copy_from_slice(&v);
1548
1549             // Allow the Vec to free its memory, but not destroy its contents
1550             v.set_len(0);
1551
1552             rc
1553         }
1554     }
1555 }
1556
1557 #[stable(feature = "shared_from_cow", since = "1.45.0")]
1558 impl<'a, B> From<Cow<'a, B>> for Rc<B>
1559 where
1560     B: ToOwned + ?Sized,
1561     Rc<B>: From<&'a B> + From<B::Owned>,
1562 {
1563     #[inline]
1564     fn from(cow: Cow<'a, B>) -> Rc<B> {
1565         match cow {
1566             Cow::Borrowed(s) => Rc::from(s),
1567             Cow::Owned(s) => Rc::from(s),
1568         }
1569     }
1570 }
1571
1572 #[stable(feature = "boxed_slice_try_from", since = "1.43.0")]
1573 impl<T, const N: usize> TryFrom<Rc<[T]>> for Rc<[T; N]> {
1574     type Error = Rc<[T]>;
1575
1576     fn try_from(boxed_slice: Rc<[T]>) -> Result<Self, Self::Error> {
1577         if boxed_slice.len() == N {
1578             Ok(unsafe { Rc::from_raw(Rc::into_raw(boxed_slice) as *mut [T; N]) })
1579         } else {
1580             Err(boxed_slice)
1581         }
1582     }
1583 }
1584
1585 #[stable(feature = "shared_from_iter", since = "1.37.0")]
1586 impl<T> iter::FromIterator<T> for Rc<[T]> {
1587     /// Takes each element in the `Iterator` and collects it into an `Rc<[T]>`.
1588     ///
1589     /// # Performance characteristics
1590     ///
1591     /// ## The general case
1592     ///
1593     /// In the general case, collecting into `Rc<[T]>` is done by first
1594     /// collecting into a `Vec<T>`. That is, when writing the following:
1595     ///
1596     /// ```rust
1597     /// # use std::rc::Rc;
1598     /// let evens: Rc<[u8]> = (0..10).filter(|&x| x % 2 == 0).collect();
1599     /// # assert_eq!(&*evens, &[0, 2, 4, 6, 8]);
1600     /// ```
1601     ///
1602     /// this behaves as if we wrote:
1603     ///
1604     /// ```rust
1605     /// # use std::rc::Rc;
1606     /// let evens: Rc<[u8]> = (0..10).filter(|&x| x % 2 == 0)
1607     ///     .collect::<Vec<_>>() // The first set of allocations happens here.
1608     ///     .into(); // A second allocation for `Rc<[T]>` happens here.
1609     /// # assert_eq!(&*evens, &[0, 2, 4, 6, 8]);
1610     /// ```
1611     ///
1612     /// This will allocate as many times as needed for constructing the `Vec<T>`
1613     /// and then it will allocate once for turning the `Vec<T>` into the `Rc<[T]>`.
1614     ///
1615     /// ## Iterators of known length
1616     ///
1617     /// When your `Iterator` implements `TrustedLen` and is of an exact size,
1618     /// a single allocation will be made for the `Rc<[T]>`. For example:
1619     ///
1620     /// ```rust
1621     /// # use std::rc::Rc;
1622     /// let evens: Rc<[u8]> = (0..10).collect(); // Just a single allocation happens here.
1623     /// # assert_eq!(&*evens, &*(0..10).collect::<Vec<_>>());
1624     /// ```
1625     fn from_iter<I: iter::IntoIterator<Item = T>>(iter: I) -> Self {
1626         ToRcSlice::to_rc_slice(iter.into_iter())
1627     }
1628 }
1629
1630 /// Specialization trait used for collecting into `Rc<[T]>`.
1631 trait ToRcSlice<T>: Iterator<Item = T> + Sized {
1632     fn to_rc_slice(self) -> Rc<[T]>;
1633 }
1634
1635 impl<T, I: Iterator<Item = T>> ToRcSlice<T> for I {
1636     default fn to_rc_slice(self) -> Rc<[T]> {
1637         self.collect::<Vec<T>>().into()
1638     }
1639 }
1640
1641 impl<T, I: iter::TrustedLen<Item = T>> ToRcSlice<T> for I {
1642     fn to_rc_slice(self) -> Rc<[T]> {
1643         // This is the case for a `TrustedLen` iterator.
1644         let (low, high) = self.size_hint();
1645         if let Some(high) = high {
1646             debug_assert_eq!(
1647                 low,
1648                 high,
1649                 "TrustedLen iterator's size hint is not exact: {:?}",
1650                 (low, high)
1651             );
1652
1653             unsafe {
1654                 // SAFETY: We need to ensure that the iterator has an exact length and we have.
1655                 Rc::from_iter_exact(self, low)
1656             }
1657         } else {
1658             // Fall back to normal implementation.
1659             self.collect::<Vec<T>>().into()
1660         }
1661     }
1662 }
1663
1664 /// `Weak` is a version of [`Rc`] that holds a non-owning reference to the
1665 /// managed allocation. The allocation is accessed by calling [`upgrade`] on the `Weak`
1666 /// pointer, which returns an [`Option`]`<`[`Rc`]`<T>>`.
1667 ///
1668 /// Since a `Weak` reference does not count towards ownership, it will not
1669 /// prevent the value stored in the allocation from being dropped, and `Weak` itself makes no
1670 /// guarantees about the value still being present. Thus it may return [`None`]
1671 /// when [`upgrade`]d. Note however that a `Weak` reference *does* prevent the allocation
1672 /// itself (the backing store) from being deallocated.
1673 ///
1674 /// A `Weak` pointer is useful for keeping a temporary reference to the allocation
1675 /// managed by [`Rc`] without preventing its inner value from being dropped. It is also used to
1676 /// prevent circular references between [`Rc`] pointers, since mutual owning references
1677 /// would never allow either [`Rc`] to be dropped. For example, a tree could
1678 /// have strong [`Rc`] pointers from parent nodes to children, and `Weak`
1679 /// pointers from children back to their parents.
1680 ///
1681 /// The typical way to obtain a `Weak` pointer is to call [`Rc::downgrade`].
1682 ///
1683 /// [`upgrade`]: Weak::upgrade
1684 #[stable(feature = "rc_weak", since = "1.4.0")]
1685 pub struct Weak<T: ?Sized> {
1686     // This is a `NonNull` to allow optimizing the size of this type in enums,
1687     // but it is not necessarily a valid pointer.
1688     // `Weak::new` sets this to `usize::MAX` so that it doesn’t need
1689     // to allocate space on the heap.  That's not a value a real pointer
1690     // will ever have because RcBox has alignment at least 2.
1691     // This is only possible when `T: Sized`; unsized `T` never dangle.
1692     ptr: NonNull<RcBox<T>>,
1693 }
1694
1695 #[stable(feature = "rc_weak", since = "1.4.0")]
1696 impl<T: ?Sized> !marker::Send for Weak<T> {}
1697 #[stable(feature = "rc_weak", since = "1.4.0")]
1698 impl<T: ?Sized> !marker::Sync for Weak<T> {}
1699
1700 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
1701 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Weak<U>> for Weak<T> {}
1702
1703 #[unstable(feature = "dispatch_from_dyn", issue = "none")]
1704 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> DispatchFromDyn<Weak<U>> for Weak<T> {}
1705
1706 impl<T> Weak<T> {
1707     /// Constructs a new `Weak<T>`, without allocating any memory.
1708     /// Calling [`upgrade`] on the return value always gives [`None`].
1709     ///
1710     /// [`upgrade`]: Weak::upgrade
1711     ///
1712     /// # Examples
1713     ///
1714     /// ```
1715     /// use std::rc::Weak;
1716     ///
1717     /// let empty: Weak<i64> = Weak::new();
1718     /// assert!(empty.upgrade().is_none());
1719     /// ```
1720     #[stable(feature = "downgraded_weak", since = "1.10.0")]
1721     pub fn new() -> Weak<T> {
1722         Weak { ptr: NonNull::new(usize::MAX as *mut RcBox<T>).expect("MAX is not 0") }
1723     }
1724 }
1725
1726 pub(crate) fn is_dangling<T: ?Sized>(ptr: NonNull<T>) -> bool {
1727     let address = ptr.as_ptr() as *mut () as usize;
1728     address == usize::MAX
1729 }
1730
1731 /// Helper type to allow accessing the reference counts without
1732 /// making any assertions about the data field.
1733 struct WeakInner<'a> {
1734     weak: &'a Cell<usize>,
1735     strong: &'a Cell<usize>,
1736 }
1737
1738 impl<T: ?Sized> Weak<T> {
1739     /// Returns a raw pointer to the object `T` pointed to by this `Weak<T>`.
1740     ///
1741     /// The pointer is valid only if there are some strong references. The pointer may be dangling,
1742     /// unaligned or even [`null`] otherwise.
1743     ///
1744     /// # Examples
1745     ///
1746     /// ```
1747     /// use std::rc::Rc;
1748     /// use std::ptr;
1749     ///
1750     /// let strong = Rc::new("hello".to_owned());
1751     /// let weak = Rc::downgrade(&strong);
1752     /// // Both point to the same object
1753     /// assert!(ptr::eq(&*strong, weak.as_ptr()));
1754     /// // The strong here keeps it alive, so we can still access the object.
1755     /// assert_eq!("hello", unsafe { &*weak.as_ptr() });
1756     ///
1757     /// drop(strong);
1758     /// // But not any more. We can do weak.as_ptr(), but accessing the pointer would lead to
1759     /// // undefined behaviour.
1760     /// // assert_eq!("hello", unsafe { &*weak.as_ptr() });
1761     /// ```
1762     ///
1763     /// [`null`]: core::ptr::null
1764     #[stable(feature = "rc_as_ptr", since = "1.45.0")]
1765     pub fn as_ptr(&self) -> *const T {
1766         let ptr: *mut RcBox<T> = NonNull::as_ptr(self.ptr);
1767
1768         // SAFETY: we must offset the pointer manually, and said pointer may be
1769         // a dangling weak (usize::MAX) if T is sized. data_offset is safe to call,
1770         // because we know that a pointer to unsized T was derived from a real
1771         // unsized T, as dangling weaks are only created for sized T. wrapping_offset
1772         // is used so that we can use the same code path for the non-dangling
1773         // unsized case and the potentially dangling sized case.
1774         unsafe {
1775             let offset = data_offset(ptr as *mut T);
1776             set_data_ptr(ptr as *mut T, (ptr as *mut u8).wrapping_offset(offset))
1777         }
1778     }
1779
1780     /// Consumes the `Weak<T>` and turns it into a raw pointer.
1781     ///
1782     /// This converts the weak pointer into a raw pointer, while still preserving the ownership of
1783     /// one weak reference (the weak count is not modified by this operation). It can be turned
1784     /// back into the `Weak<T>` with [`from_raw`].
1785     ///
1786     /// The same restrictions of accessing the target of the pointer as with
1787     /// [`as_ptr`] apply.
1788     ///
1789     /// # Examples
1790     ///
1791     /// ```
1792     /// use std::rc::{Rc, Weak};
1793     ///
1794     /// let strong = Rc::new("hello".to_owned());
1795     /// let weak = Rc::downgrade(&strong);
1796     /// let raw = weak.into_raw();
1797     ///
1798     /// assert_eq!(1, Rc::weak_count(&strong));
1799     /// assert_eq!("hello", unsafe { &*raw });
1800     ///
1801     /// drop(unsafe { Weak::from_raw(raw) });
1802     /// assert_eq!(0, Rc::weak_count(&strong));
1803     /// ```
1804     ///
1805     /// [`from_raw`]: Weak::from_raw
1806     /// [`as_ptr`]: Weak::as_ptr
1807     #[stable(feature = "weak_into_raw", since = "1.45.0")]
1808     pub fn into_raw(self) -> *const T {
1809         let result = self.as_ptr();
1810         mem::forget(self);
1811         result
1812     }
1813
1814     /// Converts a raw pointer previously created by [`into_raw`] back into `Weak<T>`.
1815     ///
1816     /// This can be used to safely get a strong reference (by calling [`upgrade`]
1817     /// later) or to deallocate the weak count by dropping the `Weak<T>`.
1818     ///
1819     /// It takes ownership of one weak reference (with the exception of pointers created by [`new`],
1820     /// as these don't own anything; the method still works on them).
1821     ///
1822     /// # Safety
1823     ///
1824     /// The pointer must have originated from the [`into_raw`] and must still own its potential
1825     /// weak reference.
1826     ///
1827     /// It is allowed for the strong count to be 0 at the time of calling this. Nevertheless, this
1828     /// takes ownership of one weak reference currently represented as a raw pointer (the weak
1829     /// count is not modified by this operation) and therefore it must be paired with a previous
1830     /// call to [`into_raw`].
1831     ///
1832     /// # Examples
1833     ///
1834     /// ```
1835     /// use std::rc::{Rc, Weak};
1836     ///
1837     /// let strong = Rc::new("hello".to_owned());
1838     ///
1839     /// let raw_1 = Rc::downgrade(&strong).into_raw();
1840     /// let raw_2 = Rc::downgrade(&strong).into_raw();
1841     ///
1842     /// assert_eq!(2, Rc::weak_count(&strong));
1843     ///
1844     /// assert_eq!("hello", &*unsafe { Weak::from_raw(raw_1) }.upgrade().unwrap());
1845     /// assert_eq!(1, Rc::weak_count(&strong));
1846     ///
1847     /// drop(strong);
1848     ///
1849     /// // Decrement the last weak count.
1850     /// assert!(unsafe { Weak::from_raw(raw_2) }.upgrade().is_none());
1851     /// ```
1852     ///
1853     /// [`into_raw`]: Weak::into_raw
1854     /// [`upgrade`]: Weak::upgrade
1855     /// [`new`]: Weak::new
1856     #[stable(feature = "weak_into_raw", since = "1.45.0")]
1857     pub unsafe fn from_raw(ptr: *const T) -> Self {
1858         // SAFETY: data_offset is safe to call, because this pointer originates from a Weak.
1859         // See Weak::as_ptr for context on how the input pointer is derived.
1860         let offset = unsafe { data_offset(ptr) };
1861
1862         // Reverse the offset to find the original RcBox.
1863         // SAFETY: we use wrapping_offset here because the pointer may be dangling (but only if T: Sized).
1864         let ptr = unsafe {
1865             set_data_ptr(ptr as *mut RcBox<T>, (ptr as *mut u8).wrapping_offset(-offset))
1866         };
1867
1868         // SAFETY: we now have recovered the original Weak pointer, so can create the Weak.
1869         Weak { ptr: unsafe { NonNull::new_unchecked(ptr) } }
1870     }
1871
1872     /// Attempts to upgrade the `Weak` pointer to an [`Rc`], delaying
1873     /// dropping of the inner value if successful.
1874     ///
1875     /// Returns [`None`] if the inner value has since been dropped.
1876     ///
1877     /// # Examples
1878     ///
1879     /// ```
1880     /// use std::rc::Rc;
1881     ///
1882     /// let five = Rc::new(5);
1883     ///
1884     /// let weak_five = Rc::downgrade(&five);
1885     ///
1886     /// let strong_five: Option<Rc<_>> = weak_five.upgrade();
1887     /// assert!(strong_five.is_some());
1888     ///
1889     /// // Destroy all strong pointers.
1890     /// drop(strong_five);
1891     /// drop(five);
1892     ///
1893     /// assert!(weak_five.upgrade().is_none());
1894     /// ```
1895     #[stable(feature = "rc_weak", since = "1.4.0")]
1896     pub fn upgrade(&self) -> Option<Rc<T>> {
1897         let inner = self.inner()?;
1898         if inner.strong() == 0 {
1899             None
1900         } else {
1901             inner.inc_strong();
1902             Some(Rc::from_inner(self.ptr))
1903         }
1904     }
1905
1906     /// Gets the number of strong (`Rc`) pointers pointing to this allocation.
1907     ///
1908     /// If `self` was created using [`Weak::new`], this will return 0.
1909     #[stable(feature = "weak_counts", since = "1.41.0")]
1910     pub fn strong_count(&self) -> usize {
1911         if let Some(inner) = self.inner() { inner.strong() } else { 0 }
1912     }
1913
1914     /// Gets the number of `Weak` pointers pointing to this allocation.
1915     ///
1916     /// If no strong pointers remain, this will return zero.
1917     #[stable(feature = "weak_counts", since = "1.41.0")]
1918     pub fn weak_count(&self) -> usize {
1919         self.inner()
1920             .map(|inner| {
1921                 if inner.strong() > 0 {
1922                     inner.weak() - 1 // subtract the implicit weak ptr
1923                 } else {
1924                     0
1925                 }
1926             })
1927             .unwrap_or(0)
1928     }
1929
1930     /// Returns `None` when the pointer is dangling and there is no allocated `RcBox`,
1931     /// (i.e., when this `Weak` was created by `Weak::new`).
1932     #[inline]
1933     fn inner(&self) -> Option<WeakInner<'_>> {
1934         if is_dangling(self.ptr) {
1935             None
1936         } else {
1937             // We are careful to *not* create a reference covering the "data" field, as
1938             // the field may be mutated concurrently (for example, if the last `Rc`
1939             // is dropped, the data field will be dropped in-place).
1940             Some(unsafe {
1941                 let ptr = self.ptr.as_ptr();
1942                 WeakInner { strong: &(*ptr).strong, weak: &(*ptr).weak }
1943             })
1944         }
1945     }
1946
1947     /// Returns `true` if the two `Weak`s point to the same allocation (similar to
1948     /// [`ptr::eq`]), or if both don't point to any allocation
1949     /// (because they were created with `Weak::new()`).
1950     ///
1951     /// # Notes
1952     ///
1953     /// Since this compares pointers it means that `Weak::new()` will equal each
1954     /// other, even though they don't point to any allocation.
1955     ///
1956     /// # Examples
1957     ///
1958     /// ```
1959     /// use std::rc::Rc;
1960     ///
1961     /// let first_rc = Rc::new(5);
1962     /// let first = Rc::downgrade(&first_rc);
1963     /// let second = Rc::downgrade(&first_rc);
1964     ///
1965     /// assert!(first.ptr_eq(&second));
1966     ///
1967     /// let third_rc = Rc::new(5);
1968     /// let third = Rc::downgrade(&third_rc);
1969     ///
1970     /// assert!(!first.ptr_eq(&third));
1971     /// ```
1972     ///
1973     /// Comparing `Weak::new`.
1974     ///
1975     /// ```
1976     /// use std::rc::{Rc, Weak};
1977     ///
1978     /// let first = Weak::new();
1979     /// let second = Weak::new();
1980     /// assert!(first.ptr_eq(&second));
1981     ///
1982     /// let third_rc = Rc::new(());
1983     /// let third = Rc::downgrade(&third_rc);
1984     /// assert!(!first.ptr_eq(&third));
1985     /// ```
1986     ///
1987     /// [`ptr::eq`]: core::ptr::eq
1988     #[inline]
1989     #[stable(feature = "weak_ptr_eq", since = "1.39.0")]
1990     pub fn ptr_eq(&self, other: &Self) -> bool {
1991         self.ptr.as_ptr() == other.ptr.as_ptr()
1992     }
1993 }
1994
1995 #[stable(feature = "rc_weak", since = "1.4.0")]
1996 impl<T: ?Sized> Drop for Weak<T> {
1997     /// Drops the `Weak` pointer.
1998     ///
1999     /// # Examples
2000     ///
2001     /// ```
2002     /// use std::rc::{Rc, Weak};
2003     ///
2004     /// struct Foo;
2005     ///
2006     /// impl Drop for Foo {
2007     ///     fn drop(&mut self) {
2008     ///         println!("dropped!");
2009     ///     }
2010     /// }
2011     ///
2012     /// let foo = Rc::new(Foo);
2013     /// let weak_foo = Rc::downgrade(&foo);
2014     /// let other_weak_foo = Weak::clone(&weak_foo);
2015     ///
2016     /// drop(weak_foo);   // Doesn't print anything
2017     /// drop(foo);        // Prints "dropped!"
2018     ///
2019     /// assert!(other_weak_foo.upgrade().is_none());
2020     /// ```
2021     fn drop(&mut self) {
2022         let inner = if let Some(inner) = self.inner() { inner } else { return };
2023
2024         inner.dec_weak();
2025         // the weak count starts at 1, and will only go to zero if all
2026         // the strong pointers have disappeared.
2027         if inner.weak() == 0 {
2028             unsafe {
2029                 Global.dealloc(self.ptr.cast(), Layout::for_value(self.ptr.as_ref()));
2030             }
2031         }
2032     }
2033 }
2034
2035 #[stable(feature = "rc_weak", since = "1.4.0")]
2036 impl<T: ?Sized> Clone for Weak<T> {
2037     /// Makes a clone of the `Weak` pointer that points to the same allocation.
2038     ///
2039     /// # Examples
2040     ///
2041     /// ```
2042     /// use std::rc::{Rc, Weak};
2043     ///
2044     /// let weak_five = Rc::downgrade(&Rc::new(5));
2045     ///
2046     /// let _ = Weak::clone(&weak_five);
2047     /// ```
2048     #[inline]
2049     fn clone(&self) -> Weak<T> {
2050         if let Some(inner) = self.inner() {
2051             inner.inc_weak()
2052         }
2053         Weak { ptr: self.ptr }
2054     }
2055 }
2056
2057 #[stable(feature = "rc_weak", since = "1.4.0")]
2058 impl<T: ?Sized + fmt::Debug> fmt::Debug for Weak<T> {
2059     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
2060         write!(f, "(Weak)")
2061     }
2062 }
2063
2064 #[stable(feature = "downgraded_weak", since = "1.10.0")]
2065 impl<T> Default for Weak<T> {
2066     /// Constructs a new `Weak<T>`, allocating memory for `T` without initializing
2067     /// it. Calling [`upgrade`] on the return value always gives [`None`].
2068     ///
2069     /// [`None`]: Option
2070     /// [`upgrade`]: Weak::upgrade
2071     ///
2072     /// # Examples
2073     ///
2074     /// ```
2075     /// use std::rc::Weak;
2076     ///
2077     /// let empty: Weak<i64> = Default::default();
2078     /// assert!(empty.upgrade().is_none());
2079     /// ```
2080     fn default() -> Weak<T> {
2081         Weak::new()
2082     }
2083 }
2084
2085 // NOTE: We checked_add here to deal with mem::forget safely. In particular
2086 // if you mem::forget Rcs (or Weaks), the ref-count can overflow, and then
2087 // you can free the allocation while outstanding Rcs (or Weaks) exist.
2088 // We abort because this is such a degenerate scenario that we don't care about
2089 // what happens -- no real program should ever experience this.
2090 //
2091 // This should have negligible overhead since you don't actually need to
2092 // clone these much in Rust thanks to ownership and move-semantics.
2093
2094 #[doc(hidden)]
2095 trait RcInnerPtr {
2096     fn weak_ref(&self) -> &Cell<usize>;
2097     fn strong_ref(&self) -> &Cell<usize>;
2098
2099     #[inline]
2100     fn strong(&self) -> usize {
2101         self.strong_ref().get()
2102     }
2103
2104     #[inline]
2105     fn inc_strong(&self) {
2106         let strong = self.strong();
2107
2108         // We want to abort on overflow instead of dropping the value.
2109         // The reference count will never be zero when this is called;
2110         // nevertheless, we insert an abort here to hint LLVM at
2111         // an otherwise missed optimization.
2112         if strong == 0 || strong == usize::MAX {
2113             abort();
2114         }
2115         self.strong_ref().set(strong + 1);
2116     }
2117
2118     #[inline]
2119     fn dec_strong(&self) {
2120         self.strong_ref().set(self.strong() - 1);
2121     }
2122
2123     #[inline]
2124     fn weak(&self) -> usize {
2125         self.weak_ref().get()
2126     }
2127
2128     #[inline]
2129     fn inc_weak(&self) {
2130         let weak = self.weak();
2131
2132         // We want to abort on overflow instead of dropping the value.
2133         // The reference count will never be zero when this is called;
2134         // nevertheless, we insert an abort here to hint LLVM at
2135         // an otherwise missed optimization.
2136         if weak == 0 || weak == usize::MAX {
2137             abort();
2138         }
2139         self.weak_ref().set(weak + 1);
2140     }
2141
2142     #[inline]
2143     fn dec_weak(&self) {
2144         self.weak_ref().set(self.weak() - 1);
2145     }
2146 }
2147
2148 impl<T: ?Sized> RcInnerPtr for RcBox<T> {
2149     #[inline(always)]
2150     fn weak_ref(&self) -> &Cell<usize> {
2151         &self.weak
2152     }
2153
2154     #[inline(always)]
2155     fn strong_ref(&self) -> &Cell<usize> {
2156         &self.strong
2157     }
2158 }
2159
2160 impl<'a> RcInnerPtr for WeakInner<'a> {
2161     #[inline(always)]
2162     fn weak_ref(&self) -> &Cell<usize> {
2163         self.weak
2164     }
2165
2166     #[inline(always)]
2167     fn strong_ref(&self) -> &Cell<usize> {
2168         self.strong
2169     }
2170 }
2171
2172 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2173 impl<T: ?Sized> borrow::Borrow<T> for Rc<T> {
2174     fn borrow(&self) -> &T {
2175         &**self
2176     }
2177 }
2178
2179 #[stable(since = "1.5.0", feature = "smart_ptr_as_ref")]
2180 impl<T: ?Sized> AsRef<T> for Rc<T> {
2181     fn as_ref(&self) -> &T {
2182         &**self
2183     }
2184 }
2185
2186 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
2187 impl<T: ?Sized> Unpin for Rc<T> {}
2188
2189 /// Get the offset within an `RcBox` for
2190 /// a payload of type described by a pointer.
2191 ///
2192 /// # Safety
2193 ///
2194 /// This has the same safety requirements as `align_of_val_raw`. In effect:
2195 ///
2196 /// - This function is safe for any argument if `T` is sized, and
2197 /// - if `T` is unsized, the pointer must have appropriate pointer metadata
2198 ///   acquired from the real instance that you are getting this offset for.
2199 unsafe fn data_offset<T: ?Sized>(ptr: *const T) -> isize {
2200     // Align the unsized value to the end of the `RcBox`.
2201     // Because it is ?Sized, it will always be the last field in memory.
2202     // Note: This is a detail of the current implementation of the compiler,
2203     // and is not a guaranteed language detail. Do not rely on it outside of std.
2204     unsafe { data_offset_align(align_of_val_raw(ptr)) }
2205 }
2206
2207 #[inline]
2208 fn data_offset_align(align: usize) -> isize {
2209     let layout = Layout::new::<RcBox<()>>();
2210     (layout.size() + layout.padding_needed_for(align)) as isize
2211 }