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