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Rollup merge of #81897 - vandenheuvel:match_exhaustive_diagnostics_regression_test...
[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 [fully qualified syntax]:
39 //!
40 //! ```
41 //! use std::rc::Rc;
42 //!
43 //! let my_rc = Rc::new(());
44 //! Rc::downgrade(&my_rc);
45 //! ```
46 //!
47 //! `Rc<T>`'s implementations of traits like `Clone` may also be called using
48 //! fully qualified syntax. Some people prefer to use fully qualified syntax,
49 //! while others prefer using method-call syntax.
50 //!
51 //! ```
52 //! use std::rc::Rc;
53 //!
54 //! let rc = Rc::new(());
55 //! // Method-call syntax
56 //! let rc2 = rc.clone();
57 //! // Fully qualified syntax
58 //! let rc3 = Rc::clone(&rc);
59 //! ```
60 //!
61 //! [`Weak<T>`][`Weak`] does not auto-dereference to `T`, because the inner value may have
62 //! already been dropped.
63 //!
64 //! # Cloning references
65 //!
66 //! Creating a new reference to the same allocation as an existing reference counted pointer
67 //! is done using the `Clone` trait implemented for [`Rc<T>`][`Rc`] and [`Weak<T>`][`Weak`].
68 //!
69 //! ```
70 //! use std::rc::Rc;
71 //!
72 //! let foo = Rc::new(vec![1.0, 2.0, 3.0]);
73 //! // The two syntaxes below are equivalent.
74 //! let a = foo.clone();
75 //! let b = Rc::clone(&foo);
76 //! // a and b both point to the same memory location as foo.
77 //! ```
78 //!
79 //! The `Rc::clone(&from)` syntax is the most idiomatic because it conveys more explicitly
80 //! the meaning of the code. In the example above, this syntax makes it easier to see that
81 //! this code is creating a new reference rather than copying the whole content of foo.
82 //!
83 //! # Examples
84 //!
85 //! Consider a scenario where a set of `Gadget`s are owned by a given `Owner`.
86 //! We want to have our `Gadget`s point to their `Owner`. We can't do this with
87 //! unique ownership, because more than one gadget may belong to the same
88 //! `Owner`. [`Rc`] allows us to share an `Owner` between multiple `Gadget`s,
89 //! and have the `Owner` remain allocated as long as any `Gadget` points at it.
90 //!
91 //! ```
92 //! use std::rc::Rc;
93 //!
94 //! struct Owner {
95 //!     name: String,
96 //!     // ...other fields
97 //! }
98 //!
99 //! struct Gadget {
100 //!     id: i32,
101 //!     owner: Rc<Owner>,
102 //!     // ...other fields
103 //! }
104 //!
105 //! fn main() {
106 //!     // Create a reference-counted `Owner`.
107 //!     let gadget_owner: Rc<Owner> = Rc::new(
108 //!         Owner {
109 //!             name: "Gadget Man".to_string(),
110 //!         }
111 //!     );
112 //!
113 //!     // Create `Gadget`s belonging to `gadget_owner`. Cloning the `Rc<Owner>`
114 //!     // gives us a new pointer to the same `Owner` allocation, incrementing
115 //!     // the reference count in the process.
116 //!     let gadget1 = Gadget {
117 //!         id: 1,
118 //!         owner: Rc::clone(&gadget_owner),
119 //!     };
120 //!     let gadget2 = Gadget {
121 //!         id: 2,
122 //!         owner: Rc::clone(&gadget_owner),
123 //!     };
124 //!
125 //!     // Dispose of our local variable `gadget_owner`.
126 //!     drop(gadget_owner);
127 //!
128 //!     // Despite dropping `gadget_owner`, we're still able to print out the name
129 //!     // of the `Owner` of the `Gadget`s. This is because we've only dropped a
130 //!     // single `Rc<Owner>`, not the `Owner` it points to. As long as there are
131 //!     // other `Rc<Owner>` pointing at the same `Owner` allocation, it will remain
132 //!     // live. The field projection `gadget1.owner.name` works because
133 //!     // `Rc<Owner>` automatically dereferences to `Owner`.
134 //!     println!("Gadget {} owned by {}", gadget1.id, gadget1.owner.name);
135 //!     println!("Gadget {} owned by {}", gadget2.id, gadget2.owner.name);
136 //!
137 //!     // At the end of the function, `gadget1` and `gadget2` are destroyed, and
138 //!     // with them the last counted references to our `Owner`. Gadget Man now
139 //!     // gets destroyed as well.
140 //! }
141 //! ```
142 //!
143 //! If our requirements change, and we also need to be able to traverse from
144 //! `Owner` to `Gadget`, we will run into problems. An [`Rc`] pointer from `Owner`
145 //! to `Gadget` introduces a cycle. This means that their
146 //! reference counts can never reach 0, and the allocation will never be destroyed:
147 //! a memory leak. In order to get around this, we can use [`Weak`]
148 //! pointers.
149 //!
150 //! Rust actually makes it somewhat difficult to produce this loop in the first
151 //! place. In order to end up with two values that point at each other, one of
152 //! them needs to be mutable. This is difficult because [`Rc`] enforces
153 //! memory safety by only giving out shared references to the value it wraps,
154 //! and these don't allow direct mutation. We need to wrap the part of the
155 //! value we wish to mutate in a [`RefCell`], which provides *interior
156 //! mutability*: a method to achieve mutability through a shared reference.
157 //! [`RefCell`] enforces Rust's borrowing rules at runtime.
158 //!
159 //! ```
160 //! use std::rc::Rc;
161 //! use std::rc::Weak;
162 //! use std::cell::RefCell;
163 //!
164 //! struct Owner {
165 //!     name: String,
166 //!     gadgets: RefCell<Vec<Weak<Gadget>>>,
167 //!     // ...other fields
168 //! }
169 //!
170 //! struct Gadget {
171 //!     id: i32,
172 //!     owner: Rc<Owner>,
173 //!     // ...other fields
174 //! }
175 //!
176 //! fn main() {
177 //!     // Create a reference-counted `Owner`. Note that we've put the `Owner`'s
178 //!     // vector of `Gadget`s inside a `RefCell` so that we can mutate it through
179 //!     // a shared reference.
180 //!     let gadget_owner: Rc<Owner> = Rc::new(
181 //!         Owner {
182 //!             name: "Gadget Man".to_string(),
183 //!             gadgets: RefCell::new(vec![]),
184 //!         }
185 //!     );
186 //!
187 //!     // Create `Gadget`s belonging to `gadget_owner`, as before.
188 //!     let gadget1 = Rc::new(
189 //!         Gadget {
190 //!             id: 1,
191 //!             owner: Rc::clone(&gadget_owner),
192 //!         }
193 //!     );
194 //!     let gadget2 = Rc::new(
195 //!         Gadget {
196 //!             id: 2,
197 //!             owner: Rc::clone(&gadget_owner),
198 //!         }
199 //!     );
200 //!
201 //!     // Add the `Gadget`s to their `Owner`.
202 //!     {
203 //!         let mut gadgets = gadget_owner.gadgets.borrow_mut();
204 //!         gadgets.push(Rc::downgrade(&gadget1));
205 //!         gadgets.push(Rc::downgrade(&gadget2));
206 //!
207 //!         // `RefCell` dynamic borrow ends here.
208 //!     }
209 //!
210 //!     // Iterate over our `Gadget`s, printing their details out.
211 //!     for gadget_weak in gadget_owner.gadgets.borrow().iter() {
212 //!
213 //!         // `gadget_weak` is a `Weak<Gadget>`. Since `Weak` pointers can't
214 //!         // guarantee the allocation still exists, we need to call
215 //!         // `upgrade`, which returns an `Option<Rc<Gadget>>`.
216 //!         //
217 //!         // In this case we know the allocation still exists, so we simply
218 //!         // `unwrap` the `Option`. In a more complicated program, you might
219 //!         // need graceful error handling for a `None` result.
220 //!
221 //!         let gadget = gadget_weak.upgrade().unwrap();
222 //!         println!("Gadget {} owned by {}", gadget.id, gadget.owner.name);
223 //!     }
224 //!
225 //!     // At the end of the function, `gadget_owner`, `gadget1`, and `gadget2`
226 //!     // are destroyed. There are now no strong (`Rc`) pointers to the
227 //!     // gadgets, so they are destroyed. This zeroes the reference count on
228 //!     // Gadget Man, so he gets destroyed as well.
229 //! }
230 //! ```
231 //!
232 //! [clone]: Clone::clone
233 //! [`Cell`]: core::cell::Cell
234 //! [`RefCell`]: core::cell::RefCell
235 //! [send]: core::marker::Send
236 //! [arc]: crate::sync::Arc
237 //! [`Deref`]: core::ops::Deref
238 //! [downgrade]: Rc::downgrade
239 //! [upgrade]: Weak::upgrade
240 //! [mutability]: core::cell#introducing-mutability-inside-of-something-immutable
241 //! [fully qualified syntax]: https://doc.rust-lang.org/book/ch19-03-advanced-traits.html#fully-qualified-syntax-for-disambiguation-calling-methods-with-the-same-name
242
243 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
244
245 #[cfg(not(test))]
246 use crate::boxed::Box;
247 #[cfg(test)]
248 use std::boxed::Box;
249
250 use core::any::Any;
251 use core::borrow;
252 use core::cell::Cell;
253 use core::cmp::Ordering;
254 use core::convert::{From, TryFrom};
255 use core::fmt;
256 use core::hash::{Hash, Hasher};
257 use core::intrinsics::abort;
258 use core::iter;
259 use core::marker::{self, PhantomData, Unpin, Unsize};
260 use core::mem::{self, align_of_val_raw, forget, size_of_val};
261 use core::ops::{CoerceUnsized, Deref, DispatchFromDyn, Receiver};
262 use core::pin::Pin;
263 use core::ptr::{self, NonNull};
264 use core::slice::from_raw_parts_mut;
265
266 use crate::alloc::{
267     box_free, handle_alloc_error, AllocError, Allocator, Global, Layout, WriteCloneIntoRaw,
268 };
269 use crate::borrow::{Cow, ToOwned};
270 use crate::string::String;
271 use crate::vec::Vec;
272
273 #[cfg(test)]
274 mod tests;
275
276 // This is repr(C) to future-proof against possible field-reordering, which
277 // would interfere with otherwise safe [into|from]_raw() of transmutable
278 // inner types.
279 #[repr(C)]
280 struct RcBox<T: ?Sized> {
281     strong: Cell<usize>,
282     weak: Cell<usize>,
283     value: T,
284 }
285
286 /// A single-threaded reference-counting pointer. 'Rc' stands for 'Reference
287 /// Counted'.
288 ///
289 /// See the [module-level documentation](./index.html) for more details.
290 ///
291 /// The inherent methods of `Rc` are all associated functions, which means
292 /// that you have to call them as e.g., [`Rc::get_mut(&mut value)`][get_mut] instead of
293 /// `value.get_mut()`. This avoids conflicts with methods of the inner type `T`.
294 ///
295 /// [get_mut]: Rc::get_mut
296 #[cfg_attr(not(test), rustc_diagnostic_item = "Rc")]
297 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
298 pub struct Rc<T: ?Sized> {
299     ptr: NonNull<RcBox<T>>,
300     phantom: PhantomData<RcBox<T>>,
301 }
302
303 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
304 impl<T: ?Sized> !marker::Send for Rc<T> {}
305 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
306 impl<T: ?Sized> !marker::Sync for Rc<T> {}
307
308 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
309 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Rc<U>> for Rc<T> {}
310
311 #[unstable(feature = "dispatch_from_dyn", issue = "none")]
312 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> DispatchFromDyn<Rc<U>> for Rc<T> {}
313
314 impl<T: ?Sized> Rc<T> {
315     #[inline(always)]
316     fn inner(&self) -> &RcBox<T> {
317         // This unsafety is ok because while this Rc is alive we're guaranteed
318         // that the inner pointer is valid.
319         unsafe { self.ptr.as_ref() }
320     }
321
322     fn from_inner(ptr: NonNull<RcBox<T>>) -> Self {
323         Self { ptr, phantom: PhantomData }
324     }
325
326     unsafe fn from_ptr(ptr: *mut RcBox<T>) -> Self {
327         Self::from_inner(unsafe { NonNull::new_unchecked(ptr) })
328     }
329 }
330
331 impl<T> Rc<T> {
332     /// Constructs a new `Rc<T>`.
333     ///
334     /// # Examples
335     ///
336     /// ```
337     /// use std::rc::Rc;
338     ///
339     /// let five = Rc::new(5);
340     /// ```
341     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
342     pub fn new(value: T) -> Rc<T> {
343         // There is an implicit weak pointer owned by all the strong
344         // pointers, which ensures that the weak destructor never frees
345         // the allocation while the strong destructor is running, even
346         // if the weak pointer is stored inside the strong one.
347         Self::from_inner(
348             Box::leak(box RcBox { strong: Cell::new(1), weak: Cell::new(1), value }).into(),
349         )
350     }
351
352     /// Constructs a new `Rc<T>` using a weak reference to itself. Attempting
353     /// to upgrade the weak reference before this function returns will result
354     /// in a `None` value. However, the weak reference may be cloned freely and
355     /// stored for use at a later time.
356     ///
357     /// # Examples
358     ///
359     /// ```
360     /// #![feature(arc_new_cyclic)]
361     /// #![allow(dead_code)]
362     /// use std::rc::{Rc, Weak};
363     ///
364     /// struct Gadget {
365     ///     self_weak: Weak<Self>,
366     ///     // ... more fields
367     /// }
368     /// impl Gadget {
369     ///     pub fn new() -> Rc<Self> {
370     ///         Rc::new_cyclic(|self_weak| {
371     ///             Gadget { self_weak: self_weak.clone(), /* ... */ }
372     ///         })
373     ///     }
374     /// }
375     /// ```
376     #[unstable(feature = "arc_new_cyclic", issue = "75861")]
377     pub fn new_cyclic(data_fn: impl FnOnce(&Weak<T>) -> T) -> Rc<T> {
378         // Construct the inner in the "uninitialized" state with a single
379         // weak reference.
380         let uninit_ptr: NonNull<_> = Box::leak(box RcBox {
381             strong: Cell::new(0),
382             weak: Cell::new(1),
383             value: mem::MaybeUninit::<T>::uninit(),
384         })
385         .into();
386
387         let init_ptr: NonNull<RcBox<T>> = uninit_ptr.cast();
388
389         let weak = Weak { ptr: init_ptr };
390
391         // It's important we don't give up ownership of the weak pointer, or
392         // else the memory might be freed by the time `data_fn` returns. If
393         // we really wanted to pass ownership, we could create an additional
394         // weak pointer for ourselves, but this would result in additional
395         // updates to the weak reference count which might not be necessary
396         // otherwise.
397         let data = data_fn(&weak);
398
399         unsafe {
400             let inner = init_ptr.as_ptr();
401             ptr::write(ptr::addr_of_mut!((*inner).value), data);
402
403             let prev_value = (*inner).strong.get();
404             debug_assert_eq!(prev_value, 0, "No prior strong references should exist");
405             (*inner).strong.set(1);
406         }
407
408         let strong = Rc::from_inner(init_ptr);
409
410         // Strong references should collectively own a shared weak reference,
411         // so don't run the destructor for our old weak reference.
412         mem::forget(weak);
413         strong
414     }
415
416     /// Constructs a new `Rc` with uninitialized contents.
417     ///
418     /// # Examples
419     ///
420     /// ```
421     /// #![feature(new_uninit)]
422     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
423     ///
424     /// use std::rc::Rc;
425     ///
426     /// let mut five = Rc::<u32>::new_uninit();
427     ///
428     /// let five = unsafe {
429     ///     // Deferred initialization:
430     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut five).as_mut_ptr().write(5);
431     ///
432     ///     five.assume_init()
433     /// };
434     ///
435     /// assert_eq!(*five, 5)
436     /// ```
437     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
438     pub fn new_uninit() -> Rc<mem::MaybeUninit<T>> {
439         unsafe {
440             Rc::from_ptr(Rc::allocate_for_layout(
441                 Layout::new::<T>(),
442                 |layout| Global.allocate(layout),
443                 |mem| mem as *mut RcBox<mem::MaybeUninit<T>>,
444             ))
445         }
446     }
447
448     /// Constructs a new `Rc` with uninitialized contents, with the memory
449     /// being filled with `0` bytes.
450     ///
451     /// See [`MaybeUninit::zeroed`][zeroed] for examples of correct and
452     /// incorrect usage of this method.
453     ///
454     /// # Examples
455     ///
456     /// ```
457     /// #![feature(new_uninit)]
458     ///
459     /// use std::rc::Rc;
460     ///
461     /// let zero = Rc::<u32>::new_zeroed();
462     /// let zero = unsafe { zero.assume_init() };
463     ///
464     /// assert_eq!(*zero, 0)
465     /// ```
466     ///
467     /// [zeroed]: mem::MaybeUninit::zeroed
468     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
469     pub fn new_zeroed() -> Rc<mem::MaybeUninit<T>> {
470         unsafe {
471             Rc::from_ptr(Rc::allocate_for_layout(
472                 Layout::new::<T>(),
473                 |layout| Global.allocate_zeroed(layout),
474                 |mem| mem as *mut RcBox<mem::MaybeUninit<T>>,
475             ))
476         }
477     }
478
479     /// Constructs a new `Rc<T>`, returning an error if the allocation fails
480     ///
481     /// # Examples
482     ///
483     /// ```
484     /// #![feature(allocator_api)]
485     /// use std::rc::Rc;
486     ///
487     /// let five = Rc::try_new(5);
488     /// # Ok::<(), std::alloc::AllocError>(())
489     /// ```
490     #[unstable(feature = "allocator_api", issue = "32838")]
491     pub fn try_new(value: T) -> Result<Rc<T>, AllocError> {
492         // There is an implicit weak pointer owned by all the strong
493         // pointers, which ensures that the weak destructor never frees
494         // the allocation while the strong destructor is running, even
495         // if the weak pointer is stored inside the strong one.
496         Ok(Self::from_inner(
497             Box::leak(Box::try_new(RcBox { strong: Cell::new(1), weak: Cell::new(1), value })?)
498                 .into(),
499         ))
500     }
501
502     /// Constructs a new `Rc` with uninitialized contents, returning an error if the allocation fails
503     ///
504     /// # Examples
505     ///
506     /// ```
507     /// #![feature(allocator_api, new_uninit)]
508     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
509     ///
510     /// use std::rc::Rc;
511     ///
512     /// let mut five = Rc::<u32>::try_new_uninit()?;
513     ///
514     /// let five = unsafe {
515     ///     // Deferred initialization:
516     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut five).as_mut_ptr().write(5);
517     ///
518     ///     five.assume_init()
519     /// };
520     ///
521     /// assert_eq!(*five, 5);
522     /// # Ok::<(), std::alloc::AllocError>(())
523     /// ```
524     #[unstable(feature = "allocator_api", issue = "32838")]
525     // #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
526     pub fn try_new_uninit() -> Result<Rc<mem::MaybeUninit<T>>, AllocError> {
527         unsafe {
528             Ok(Rc::from_ptr(Rc::try_allocate_for_layout(
529                 Layout::new::<T>(),
530                 |layout| Global.allocate(layout),
531                 |mem| mem as *mut RcBox<mem::MaybeUninit<T>>,
532             )?))
533         }
534     }
535
536     /// Constructs a new `Rc` with uninitialized contents, with the memory
537     /// being filled with `0` bytes, returning an error if the allocation fails
538     ///
539     /// See [`MaybeUninit::zeroed`][zeroed] for examples of correct and
540     /// incorrect usage of this method.
541     ///
542     /// # Examples
543     ///
544     /// ```
545     /// #![feature(allocator_api, new_uninit)]
546     ///
547     /// use std::rc::Rc;
548     ///
549     /// let zero = Rc::<u32>::try_new_zeroed()?;
550     /// let zero = unsafe { zero.assume_init() };
551     ///
552     /// assert_eq!(*zero, 0);
553     /// # Ok::<(), std::alloc::AllocError>(())
554     /// ```
555     ///
556     /// [zeroed]: mem::MaybeUninit::zeroed
557     #[unstable(feature = "allocator_api", issue = "32838")]
558     //#[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
559     pub fn try_new_zeroed() -> Result<Rc<mem::MaybeUninit<T>>, AllocError> {
560         unsafe {
561             Ok(Rc::from_ptr(Rc::try_allocate_for_layout(
562                 Layout::new::<T>(),
563                 |layout| Global.allocate_zeroed(layout),
564                 |mem| mem as *mut RcBox<mem::MaybeUninit<T>>,
565             )?))
566         }
567     }
568     /// Constructs a new `Pin<Rc<T>>`. If `T` does not implement `Unpin`, then
569     /// `value` will be pinned in memory and unable to be moved.
570     #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
571     pub fn pin(value: T) -> Pin<Rc<T>> {
572         unsafe { Pin::new_unchecked(Rc::new(value)) }
573     }
574
575     /// Returns the inner value, if the `Rc` has exactly one strong reference.
576     ///
577     /// Otherwise, an [`Err`] is returned with the same `Rc` that was
578     /// passed in.
579     ///
580     /// This will succeed even if there are outstanding weak references.
581     ///
582     /// # Examples
583     ///
584     /// ```
585     /// use std::rc::Rc;
586     ///
587     /// let x = Rc::new(3);
588     /// assert_eq!(Rc::try_unwrap(x), Ok(3));
589     ///
590     /// let x = Rc::new(4);
591     /// let _y = Rc::clone(&x);
592     /// assert_eq!(*Rc::try_unwrap(x).unwrap_err(), 4);
593     /// ```
594     #[inline]
595     #[stable(feature = "rc_unique", since = "1.4.0")]
596     pub fn try_unwrap(this: Self) -> Result<T, Self> {
597         if Rc::strong_count(&this) == 1 {
598             unsafe {
599                 let val = ptr::read(&*this); // copy the contained object
600
601                 // Indicate to Weaks that they can't be promoted by decrementing
602                 // the strong count, and then remove the implicit "strong weak"
603                 // pointer while also handling drop logic by just crafting a
604                 // fake Weak.
605                 this.inner().dec_strong();
606                 let _weak = Weak { ptr: this.ptr };
607                 forget(this);
608                 Ok(val)
609             }
610         } else {
611             Err(this)
612         }
613     }
614 }
615
616 impl<T> Rc<[T]> {
617     /// Constructs a new reference-counted slice with uninitialized contents.
618     ///
619     /// # Examples
620     ///
621     /// ```
622     /// #![feature(new_uninit)]
623     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
624     ///
625     /// use std::rc::Rc;
626     ///
627     /// let mut values = Rc::<[u32]>::new_uninit_slice(3);
628     ///
629     /// let values = unsafe {
630     ///     // Deferred initialization:
631     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut values)[0].as_mut_ptr().write(1);
632     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut values)[1].as_mut_ptr().write(2);
633     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut values)[2].as_mut_ptr().write(3);
634     ///
635     ///     values.assume_init()
636     /// };
637     ///
638     /// assert_eq!(*values, [1, 2, 3])
639     /// ```
640     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
641     pub fn new_uninit_slice(len: usize) -> Rc<[mem::MaybeUninit<T>]> {
642         unsafe { Rc::from_ptr(Rc::allocate_for_slice(len)) }
643     }
644
645     /// Constructs a new reference-counted slice with uninitialized contents, with the memory being
646     /// filled with `0` bytes.
647     ///
648     /// See [`MaybeUninit::zeroed`][zeroed] for examples of correct and
649     /// incorrect usage of this method.
650     ///
651     /// # Examples
652     ///
653     /// ```
654     /// #![feature(new_uninit)]
655     ///
656     /// use std::rc::Rc;
657     ///
658     /// let values = Rc::<[u32]>::new_zeroed_slice(3);
659     /// let values = unsafe { values.assume_init() };
660     ///
661     /// assert_eq!(*values, [0, 0, 0])
662     /// ```
663     ///
664     /// [zeroed]: mem::MaybeUninit::zeroed
665     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
666     pub fn new_zeroed_slice(len: usize) -> Rc<[mem::MaybeUninit<T>]> {
667         unsafe {
668             Rc::from_ptr(Rc::allocate_for_layout(
669                 Layout::array::<T>(len).unwrap(),
670                 |layout| Global.allocate_zeroed(layout),
671                 |mem| {
672                     ptr::slice_from_raw_parts_mut(mem as *mut T, len)
673                         as *mut RcBox<[mem::MaybeUninit<T>]>
674                 },
675             ))
676         }
677     }
678 }
679
680 impl<T> Rc<mem::MaybeUninit<T>> {
681     /// Converts to `Rc<T>`.
682     ///
683     /// # Safety
684     ///
685     /// As with [`MaybeUninit::assume_init`],
686     /// it is up to the caller to guarantee that the inner value
687     /// really is in an initialized state.
688     /// Calling this when the content is not yet fully initialized
689     /// causes immediate undefined behavior.
690     ///
691     /// [`MaybeUninit::assume_init`]: mem::MaybeUninit::assume_init
692     ///
693     /// # Examples
694     ///
695     /// ```
696     /// #![feature(new_uninit)]
697     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
698     ///
699     /// use std::rc::Rc;
700     ///
701     /// let mut five = Rc::<u32>::new_uninit();
702     ///
703     /// let five = unsafe {
704     ///     // Deferred initialization:
705     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut five).as_mut_ptr().write(5);
706     ///
707     ///     five.assume_init()
708     /// };
709     ///
710     /// assert_eq!(*five, 5)
711     /// ```
712     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
713     #[inline]
714     pub unsafe fn assume_init(self) -> Rc<T> {
715         Rc::from_inner(mem::ManuallyDrop::new(self).ptr.cast())
716     }
717 }
718
719 impl<T> Rc<[mem::MaybeUninit<T>]> {
720     /// Converts to `Rc<[T]>`.
721     ///
722     /// # Safety
723     ///
724     /// As with [`MaybeUninit::assume_init`],
725     /// it is up to the caller to guarantee that the inner value
726     /// really is in an initialized state.
727     /// Calling this when the content is not yet fully initialized
728     /// causes immediate undefined behavior.
729     ///
730     /// [`MaybeUninit::assume_init`]: mem::MaybeUninit::assume_init
731     ///
732     /// # Examples
733     ///
734     /// ```
735     /// #![feature(new_uninit)]
736     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
737     ///
738     /// use std::rc::Rc;
739     ///
740     /// let mut values = Rc::<[u32]>::new_uninit_slice(3);
741     ///
742     /// let values = unsafe {
743     ///     // Deferred initialization:
744     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut values)[0].as_mut_ptr().write(1);
745     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut values)[1].as_mut_ptr().write(2);
746     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut values)[2].as_mut_ptr().write(3);
747     ///
748     ///     values.assume_init()
749     /// };
750     ///
751     /// assert_eq!(*values, [1, 2, 3])
752     /// ```
753     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
754     #[inline]
755     pub unsafe fn assume_init(self) -> Rc<[T]> {
756         unsafe { Rc::from_ptr(mem::ManuallyDrop::new(self).ptr.as_ptr() as _) }
757     }
758 }
759
760 impl<T: ?Sized> Rc<T> {
761     /// Consumes the `Rc`, returning the wrapped pointer.
762     ///
763     /// To avoid a memory leak the pointer must be converted back to an `Rc` using
764     /// [`Rc::from_raw`][from_raw].
765     ///
766     /// [from_raw]: Rc::from_raw
767     ///
768     /// # Examples
769     ///
770     /// ```
771     /// use std::rc::Rc;
772     ///
773     /// let x = Rc::new("hello".to_owned());
774     /// let x_ptr = Rc::into_raw(x);
775     /// assert_eq!(unsafe { &*x_ptr }, "hello");
776     /// ```
777     #[stable(feature = "rc_raw", since = "1.17.0")]
778     pub fn into_raw(this: Self) -> *const T {
779         let ptr = Self::as_ptr(&this);
780         mem::forget(this);
781         ptr
782     }
783
784     /// Provides a raw pointer to the data.
785     ///
786     /// The counts are not affected in any way and the `Rc` is not consumed. The pointer is valid
787     /// for as long there are strong counts in the `Rc`.
788     ///
789     /// # Examples
790     ///
791     /// ```
792     /// use std::rc::Rc;
793     ///
794     /// let x = Rc::new("hello".to_owned());
795     /// let y = Rc::clone(&x);
796     /// let x_ptr = Rc::as_ptr(&x);
797     /// assert_eq!(x_ptr, Rc::as_ptr(&y));
798     /// assert_eq!(unsafe { &*x_ptr }, "hello");
799     /// ```
800     #[stable(feature = "weak_into_raw", since = "1.45.0")]
801     pub fn as_ptr(this: &Self) -> *const T {
802         let ptr: *mut RcBox<T> = NonNull::as_ptr(this.ptr);
803
804         // SAFETY: This cannot go through Deref::deref or Rc::inner because
805         // this is required to retain raw/mut provenance such that e.g. `get_mut` can
806         // write through the pointer after the Rc is recovered through `from_raw`.
807         unsafe { ptr::addr_of_mut!((*ptr).value) }
808     }
809
810     /// Constructs an `Rc<T>` from a raw pointer.
811     ///
812     /// The raw pointer must have been previously returned by a call to
813     /// [`Rc<U>::into_raw`][into_raw] where `U` must have the same size
814     /// and alignment as `T`. This is trivially true if `U` is `T`.
815     /// Note that if `U` is not `T` but has the same size and alignment, this is
816     /// basically like transmuting references of different types. See
817     /// [`mem::transmute`][transmute] for more information on what
818     /// restrictions apply in this case.
819     ///
820     /// The user of `from_raw` has to make sure a specific value of `T` is only
821     /// dropped once.
822     ///
823     /// This function is unsafe because improper use may lead to memory unsafety,
824     /// even if the returned `Rc<T>` is never accessed.
825     ///
826     /// [into_raw]: Rc::into_raw
827     /// [transmute]: core::mem::transmute
828     ///
829     /// # Examples
830     ///
831     /// ```
832     /// use std::rc::Rc;
833     ///
834     /// let x = Rc::new("hello".to_owned());
835     /// let x_ptr = Rc::into_raw(x);
836     ///
837     /// unsafe {
838     ///     // Convert back to an `Rc` to prevent leak.
839     ///     let x = Rc::from_raw(x_ptr);
840     ///     assert_eq!(&*x, "hello");
841     ///
842     ///     // Further calls to `Rc::from_raw(x_ptr)` would be memory-unsafe.
843     /// }
844     ///
845     /// // The memory was freed when `x` went out of scope above, so `x_ptr` is now dangling!
846     /// ```
847     #[stable(feature = "rc_raw", since = "1.17.0")]
848     pub unsafe fn from_raw(ptr: *const T) -> Self {
849         let offset = unsafe { data_offset(ptr) };
850
851         // Reverse the offset to find the original RcBox.
852         let rc_ptr =
853             unsafe { (ptr as *mut RcBox<T>).set_ptr_value((ptr as *mut u8).offset(-offset)) };
854
855         unsafe { Self::from_ptr(rc_ptr) }
856     }
857
858     /// Creates a new [`Weak`] pointer to this allocation.
859     ///
860     /// # Examples
861     ///
862     /// ```
863     /// use std::rc::Rc;
864     ///
865     /// let five = Rc::new(5);
866     ///
867     /// let weak_five = Rc::downgrade(&five);
868     /// ```
869     #[stable(feature = "rc_weak", since = "1.4.0")]
870     pub fn downgrade(this: &Self) -> Weak<T> {
871         this.inner().inc_weak();
872         // Make sure we do not create a dangling Weak
873         debug_assert!(!is_dangling(this.ptr.as_ptr()));
874         Weak { ptr: this.ptr }
875     }
876
877     /// Gets the number of [`Weak`] pointers to this allocation.
878     ///
879     /// # Examples
880     ///
881     /// ```
882     /// use std::rc::Rc;
883     ///
884     /// let five = Rc::new(5);
885     /// let _weak_five = Rc::downgrade(&five);
886     ///
887     /// assert_eq!(1, Rc::weak_count(&five));
888     /// ```
889     #[inline]
890     #[stable(feature = "rc_counts", since = "1.15.0")]
891     pub fn weak_count(this: &Self) -> usize {
892         this.inner().weak() - 1
893     }
894
895     /// Gets the number of strong (`Rc`) pointers to this allocation.
896     ///
897     /// # Examples
898     ///
899     /// ```
900     /// use std::rc::Rc;
901     ///
902     /// let five = Rc::new(5);
903     /// let _also_five = Rc::clone(&five);
904     ///
905     /// assert_eq!(2, Rc::strong_count(&five));
906     /// ```
907     #[inline]
908     #[stable(feature = "rc_counts", since = "1.15.0")]
909     pub fn strong_count(this: &Self) -> usize {
910         this.inner().strong()
911     }
912
913     /// Returns `true` if there are no other `Rc` or [`Weak`] pointers to
914     /// this allocation.
915     #[inline]
916     fn is_unique(this: &Self) -> bool {
917         Rc::weak_count(this) == 0 && Rc::strong_count(this) == 1
918     }
919
920     /// Returns a mutable reference into the given `Rc`, if there are
921     /// no other `Rc` or [`Weak`] pointers to the same allocation.
922     ///
923     /// Returns [`None`] otherwise, because it is not safe to
924     /// mutate a shared value.
925     ///
926     /// See also [`make_mut`][make_mut], which will [`clone`][clone]
927     /// the inner value when there are other pointers.
928     ///
929     /// [make_mut]: Rc::make_mut
930     /// [clone]: Clone::clone
931     ///
932     /// # Examples
933     ///
934     /// ```
935     /// use std::rc::Rc;
936     ///
937     /// let mut x = Rc::new(3);
938     /// *Rc::get_mut(&mut x).unwrap() = 4;
939     /// assert_eq!(*x, 4);
940     ///
941     /// let _y = Rc::clone(&x);
942     /// assert!(Rc::get_mut(&mut x).is_none());
943     /// ```
944     #[inline]
945     #[stable(feature = "rc_unique", since = "1.4.0")]
946     pub fn get_mut(this: &mut Self) -> Option<&mut T> {
947         if Rc::is_unique(this) { unsafe { Some(Rc::get_mut_unchecked(this)) } } else { None }
948     }
949
950     /// Returns a mutable reference into the given `Rc`,
951     /// without any check.
952     ///
953     /// See also [`get_mut`], which is safe and does appropriate checks.
954     ///
955     /// [`get_mut`]: Rc::get_mut
956     ///
957     /// # Safety
958     ///
959     /// Any other `Rc` or [`Weak`] pointers to the same allocation must not be dereferenced
960     /// for the duration of the returned borrow.
961     /// This is trivially the case if no such pointers exist,
962     /// for example immediately after `Rc::new`.
963     ///
964     /// # Examples
965     ///
966     /// ```
967     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
968     ///
969     /// use std::rc::Rc;
970     ///
971     /// let mut x = Rc::new(String::new());
972     /// unsafe {
973     ///     Rc::get_mut_unchecked(&mut x).push_str("foo")
974     /// }
975     /// assert_eq!(*x, "foo");
976     /// ```
977     #[inline]
978     #[unstable(feature = "get_mut_unchecked", issue = "63292")]
979     pub unsafe fn get_mut_unchecked(this: &mut Self) -> &mut T {
980         // We are careful to *not* create a reference covering the "count" fields, as
981         // this would conflict with accesses to the reference counts (e.g. by `Weak`).
982         unsafe { &mut (*this.ptr.as_ptr()).value }
983     }
984
985     #[inline]
986     #[stable(feature = "ptr_eq", since = "1.17.0")]
987     /// Returns `true` if the two `Rc`s point to the same allocation
988     /// (in a vein similar to [`ptr::eq`]).
989     ///
990     /// # Examples
991     ///
992     /// ```
993     /// use std::rc::Rc;
994     ///
995     /// let five = Rc::new(5);
996     /// let same_five = Rc::clone(&five);
997     /// let other_five = Rc::new(5);
998     ///
999     /// assert!(Rc::ptr_eq(&five, &same_five));
1000     /// assert!(!Rc::ptr_eq(&five, &other_five));
1001     /// ```
1002     ///
1003     /// [`ptr::eq`]: core::ptr::eq
1004     pub fn ptr_eq(this: &Self, other: &Self) -> bool {
1005         this.ptr.as_ptr() == other.ptr.as_ptr()
1006     }
1007 }
1008
1009 impl<T: Clone> Rc<T> {
1010     /// Makes a mutable reference into the given `Rc`.
1011     ///
1012     /// If there are other `Rc` pointers to the same allocation, then `make_mut` will
1013     /// [`clone`] the inner value to a new allocation to ensure unique ownership.  This is also
1014     /// referred to as clone-on-write.
1015     ///
1016     /// If there are no other `Rc` pointers to this allocation, then [`Weak`]
1017     /// pointers to this allocation will be disassociated.
1018     ///
1019     /// See also [`get_mut`], which will fail rather than cloning.
1020     ///
1021     /// [`clone`]: Clone::clone
1022     /// [`get_mut`]: Rc::get_mut
1023     ///
1024     /// # Examples
1025     ///
1026     /// ```
1027     /// use std::rc::Rc;
1028     ///
1029     /// let mut data = Rc::new(5);
1030     ///
1031     /// *Rc::make_mut(&mut data) += 1;        // Won't clone anything
1032     /// let mut other_data = Rc::clone(&data);    // Won't clone inner data
1033     /// *Rc::make_mut(&mut data) += 1;        // Clones inner data
1034     /// *Rc::make_mut(&mut data) += 1;        // Won't clone anything
1035     /// *Rc::make_mut(&mut other_data) *= 2;  // Won't clone anything
1036     ///
1037     /// // Now `data` and `other_data` point to different allocations.
1038     /// assert_eq!(*data, 8);
1039     /// assert_eq!(*other_data, 12);
1040     /// ```
1041     ///
1042     /// [`Weak`] pointers will be disassociated:
1043     ///
1044     /// ```
1045     /// use std::rc::Rc;
1046     ///
1047     /// let mut data = Rc::new(75);
1048     /// let weak = Rc::downgrade(&data);
1049     ///
1050     /// assert!(75 == *data);
1051     /// assert!(75 == *weak.upgrade().unwrap());
1052     ///
1053     /// *Rc::make_mut(&mut data) += 1;
1054     ///
1055     /// assert!(76 == *data);
1056     /// assert!(weak.upgrade().is_none());
1057     /// ```
1058     #[inline]
1059     #[stable(feature = "rc_unique", since = "1.4.0")]
1060     pub fn make_mut(this: &mut Self) -> &mut T {
1061         if Rc::strong_count(this) != 1 {
1062             // Gotta clone the data, there are other Rcs.
1063             // Pre-allocate memory to allow writing the cloned value directly.
1064             let mut rc = Self::new_uninit();
1065             unsafe {
1066                 let data = Rc::get_mut_unchecked(&mut rc);
1067                 (**this).write_clone_into_raw(data.as_mut_ptr());
1068                 *this = rc.assume_init();
1069             }
1070         } else if Rc::weak_count(this) != 0 {
1071             // Can just steal the data, all that's left is Weaks
1072             let mut rc = Self::new_uninit();
1073             unsafe {
1074                 let data = Rc::get_mut_unchecked(&mut rc);
1075                 data.as_mut_ptr().copy_from_nonoverlapping(&**this, 1);
1076
1077                 this.inner().dec_strong();
1078                 // Remove implicit strong-weak ref (no need to craft a fake
1079                 // Weak here -- we know other Weaks can clean up for us)
1080                 this.inner().dec_weak();
1081                 ptr::write(this, rc.assume_init());
1082             }
1083         }
1084         // This unsafety is ok because we're guaranteed that the pointer
1085         // returned is the *only* pointer that will ever be returned to T. Our
1086         // reference count is guaranteed to be 1 at this point, and we required
1087         // the `Rc<T>` itself to be `mut`, so we're returning the only possible
1088         // reference to the allocation.
1089         unsafe { &mut this.ptr.as_mut().value }
1090     }
1091 }
1092
1093 impl Rc<dyn Any> {
1094     #[inline]
1095     #[stable(feature = "rc_downcast", since = "1.29.0")]
1096     /// Attempt to downcast the `Rc<dyn Any>` to a concrete type.
1097     ///
1098     /// # Examples
1099     ///
1100     /// ```
1101     /// use std::any::Any;
1102     /// use std::rc::Rc;
1103     ///
1104     /// fn print_if_string(value: Rc<dyn Any>) {
1105     ///     if let Ok(string) = value.downcast::<String>() {
1106     ///         println!("String ({}): {}", string.len(), string);
1107     ///     }
1108     /// }
1109     ///
1110     /// let my_string = "Hello World".to_string();
1111     /// print_if_string(Rc::new(my_string));
1112     /// print_if_string(Rc::new(0i8));
1113     /// ```
1114     pub fn downcast<T: Any>(self) -> Result<Rc<T>, Rc<dyn Any>> {
1115         if (*self).is::<T>() {
1116             let ptr = self.ptr.cast::<RcBox<T>>();
1117             forget(self);
1118             Ok(Rc::from_inner(ptr))
1119         } else {
1120             Err(self)
1121         }
1122     }
1123 }
1124
1125 impl<T: ?Sized> Rc<T> {
1126     /// Allocates an `RcBox<T>` with sufficient space for
1127     /// a possibly-unsized inner value where the value has the layout provided.
1128     ///
1129     /// The function `mem_to_rcbox` is called with the data pointer
1130     /// and must return back a (potentially fat)-pointer for the `RcBox<T>`.
1131     unsafe fn allocate_for_layout(
1132         value_layout: Layout,
1133         allocate: impl FnOnce(Layout) -> Result<NonNull<[u8]>, AllocError>,
1134         mem_to_rcbox: impl FnOnce(*mut u8) -> *mut RcBox<T>,
1135     ) -> *mut RcBox<T> {
1136         // Calculate layout using the given value layout.
1137         // Previously, layout was calculated on the expression
1138         // `&*(ptr as *const RcBox<T>)`, but this created a misaligned
1139         // reference (see #54908).
1140         let layout = Layout::new::<RcBox<()>>().extend(value_layout).unwrap().0.pad_to_align();
1141         unsafe {
1142             Rc::try_allocate_for_layout(value_layout, allocate, mem_to_rcbox)
1143                 .unwrap_or_else(|_| handle_alloc_error(layout))
1144         }
1145     }
1146
1147     /// Allocates an `RcBox<T>` with sufficient space for
1148     /// a possibly-unsized inner value where the value has the layout provided,
1149     /// returning an error if allocation fails.
1150     ///
1151     /// The function `mem_to_rcbox` is called with the data pointer
1152     /// and must return back a (potentially fat)-pointer for the `RcBox<T>`.
1153     #[inline]
1154     unsafe fn try_allocate_for_layout(
1155         value_layout: Layout,
1156         allocate: impl FnOnce(Layout) -> Result<NonNull<[u8]>, AllocError>,
1157         mem_to_rcbox: impl FnOnce(*mut u8) -> *mut RcBox<T>,
1158     ) -> Result<*mut RcBox<T>, AllocError> {
1159         // Calculate layout using the given value layout.
1160         // Previously, layout was calculated on the expression
1161         // `&*(ptr as *const RcBox<T>)`, but this created a misaligned
1162         // reference (see #54908).
1163         let layout = Layout::new::<RcBox<()>>().extend(value_layout).unwrap().0.pad_to_align();
1164
1165         // Allocate for the layout.
1166         let ptr = allocate(layout)?;
1167
1168         // Initialize the RcBox
1169         let inner = mem_to_rcbox(ptr.as_non_null_ptr().as_ptr());
1170         unsafe {
1171             debug_assert_eq!(Layout::for_value(&*inner), layout);
1172
1173             ptr::write(&mut (*inner).strong, Cell::new(1));
1174             ptr::write(&mut (*inner).weak, Cell::new(1));
1175         }
1176
1177         Ok(inner)
1178     }
1179
1180     /// Allocates an `RcBox<T>` with sufficient space for an unsized inner value
1181     unsafe fn allocate_for_ptr(ptr: *const T) -> *mut RcBox<T> {
1182         // Allocate for the `RcBox<T>` using the given value.
1183         unsafe {
1184             Self::allocate_for_layout(
1185                 Layout::for_value(&*ptr),
1186                 |layout| Global.allocate(layout),
1187                 |mem| (ptr as *mut RcBox<T>).set_ptr_value(mem),
1188             )
1189         }
1190     }
1191
1192     fn from_box(v: Box<T>) -> Rc<T> {
1193         unsafe {
1194             let (box_unique, alloc) = Box::into_unique(v);
1195             let bptr = box_unique.as_ptr();
1196
1197             let value_size = size_of_val(&*bptr);
1198             let ptr = Self::allocate_for_ptr(bptr);
1199
1200             // Copy value as bytes
1201             ptr::copy_nonoverlapping(
1202                 bptr as *const T as *const u8,
1203                 &mut (*ptr).value as *mut _ as *mut u8,
1204                 value_size,
1205             );
1206
1207             // Free the allocation without dropping its contents
1208             box_free(box_unique, alloc);
1209
1210             Self::from_ptr(ptr)
1211         }
1212     }
1213 }
1214
1215 impl<T> Rc<[T]> {
1216     /// Allocates an `RcBox<[T]>` with the given length.
1217     unsafe fn allocate_for_slice(len: usize) -> *mut RcBox<[T]> {
1218         unsafe {
1219             Self::allocate_for_layout(
1220                 Layout::array::<T>(len).unwrap(),
1221                 |layout| Global.allocate(layout),
1222                 |mem| ptr::slice_from_raw_parts_mut(mem as *mut T, len) as *mut RcBox<[T]>,
1223             )
1224         }
1225     }
1226
1227     /// Copy elements from slice into newly allocated Rc<\[T\]>
1228     ///
1229     /// Unsafe because the caller must either take ownership or bind `T: Copy`
1230     unsafe fn copy_from_slice(v: &[T]) -> Rc<[T]> {
1231         unsafe {
1232             let ptr = Self::allocate_for_slice(v.len());
1233             ptr::copy_nonoverlapping(v.as_ptr(), &mut (*ptr).value as *mut [T] as *mut T, v.len());
1234             Self::from_ptr(ptr)
1235         }
1236     }
1237
1238     /// Constructs an `Rc<[T]>` from an iterator known to be of a certain size.
1239     ///
1240     /// Behavior is undefined should the size be wrong.
1241     unsafe fn from_iter_exact(iter: impl iter::Iterator<Item = T>, len: usize) -> Rc<[T]> {
1242         // Panic guard while cloning T elements.
1243         // In the event of a panic, elements that have been written
1244         // into the new RcBox will be dropped, then the memory freed.
1245         struct Guard<T> {
1246             mem: NonNull<u8>,
1247             elems: *mut T,
1248             layout: Layout,
1249             n_elems: usize,
1250         }
1251
1252         impl<T> Drop for Guard<T> {
1253             fn drop(&mut self) {
1254                 unsafe {
1255                     let slice = from_raw_parts_mut(self.elems, self.n_elems);
1256                     ptr::drop_in_place(slice);
1257
1258                     Global.deallocate(self.mem, self.layout);
1259                 }
1260             }
1261         }
1262
1263         unsafe {
1264             let ptr = Self::allocate_for_slice(len);
1265
1266             let mem = ptr as *mut _ as *mut u8;
1267             let layout = Layout::for_value(&*ptr);
1268
1269             // Pointer to first element
1270             let elems = &mut (*ptr).value as *mut [T] as *mut T;
1271
1272             let mut guard = Guard { mem: NonNull::new_unchecked(mem), elems, layout, n_elems: 0 };
1273
1274             for (i, item) in iter.enumerate() {
1275                 ptr::write(elems.add(i), item);
1276                 guard.n_elems += 1;
1277             }
1278
1279             // All clear. Forget the guard so it doesn't free the new RcBox.
1280             forget(guard);
1281
1282             Self::from_ptr(ptr)
1283         }
1284     }
1285 }
1286
1287 /// Specialization trait used for `From<&[T]>`.
1288 trait RcFromSlice<T> {
1289     fn from_slice(slice: &[T]) -> Self;
1290 }
1291
1292 impl<T: Clone> RcFromSlice<T> for Rc<[T]> {
1293     #[inline]
1294     default fn from_slice(v: &[T]) -> Self {
1295         unsafe { Self::from_iter_exact(v.iter().cloned(), v.len()) }
1296     }
1297 }
1298
1299 impl<T: Copy> RcFromSlice<T> for Rc<[T]> {
1300     #[inline]
1301     fn from_slice(v: &[T]) -> Self {
1302         unsafe { Rc::copy_from_slice(v) }
1303     }
1304 }
1305
1306 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1307 impl<T: ?Sized> Deref for Rc<T> {
1308     type Target = T;
1309
1310     #[inline(always)]
1311     fn deref(&self) -> &T {
1312         &self.inner().value
1313     }
1314 }
1315
1316 #[unstable(feature = "receiver_trait", issue = "none")]
1317 impl<T: ?Sized> Receiver for Rc<T> {}
1318
1319 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1320 unsafe impl<#[may_dangle] T: ?Sized> Drop for Rc<T> {
1321     /// Drops the `Rc`.
1322     ///
1323     /// This will decrement the strong reference count. If the strong reference
1324     /// count reaches zero then the only other references (if any) are
1325     /// [`Weak`], so we `drop` the inner value.
1326     ///
1327     /// # Examples
1328     ///
1329     /// ```
1330     /// use std::rc::Rc;
1331     ///
1332     /// struct Foo;
1333     ///
1334     /// impl Drop for Foo {
1335     ///     fn drop(&mut self) {
1336     ///         println!("dropped!");
1337     ///     }
1338     /// }
1339     ///
1340     /// let foo  = Rc::new(Foo);
1341     /// let foo2 = Rc::clone(&foo);
1342     ///
1343     /// drop(foo);    // Doesn't print anything
1344     /// drop(foo2);   // Prints "dropped!"
1345     /// ```
1346     fn drop(&mut self) {
1347         unsafe {
1348             self.inner().dec_strong();
1349             if self.inner().strong() == 0 {
1350                 // destroy the contained object
1351                 ptr::drop_in_place(Self::get_mut_unchecked(self));
1352
1353                 // remove the implicit "strong weak" pointer now that we've
1354                 // destroyed the contents.
1355                 self.inner().dec_weak();
1356
1357                 if self.inner().weak() == 0 {
1358                     Global.deallocate(self.ptr.cast(), Layout::for_value(self.ptr.as_ref()));
1359                 }
1360             }
1361         }
1362     }
1363 }
1364
1365 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1366 impl<T: ?Sized> Clone for Rc<T> {
1367     /// Makes a clone of the `Rc` pointer.
1368     ///
1369     /// This creates another pointer to the same allocation, increasing the
1370     /// strong reference count.
1371     ///
1372     /// # Examples
1373     ///
1374     /// ```
1375     /// use std::rc::Rc;
1376     ///
1377     /// let five = Rc::new(5);
1378     ///
1379     /// let _ = Rc::clone(&five);
1380     /// ```
1381     #[inline]
1382     fn clone(&self) -> Rc<T> {
1383         self.inner().inc_strong();
1384         Self::from_inner(self.ptr)
1385     }
1386 }
1387
1388 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1389 impl<T: Default> Default for Rc<T> {
1390     /// Creates a new `Rc<T>`, with the `Default` value for `T`.
1391     ///
1392     /// # Examples
1393     ///
1394     /// ```
1395     /// use std::rc::Rc;
1396     ///
1397     /// let x: Rc<i32> = Default::default();
1398     /// assert_eq!(*x, 0);
1399     /// ```
1400     #[inline]
1401     fn default() -> Rc<T> {
1402         Rc::new(Default::default())
1403     }
1404 }
1405
1406 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1407 trait RcEqIdent<T: ?Sized + PartialEq> {
1408     fn eq(&self, other: &Rc<T>) -> bool;
1409     fn ne(&self, other: &Rc<T>) -> bool;
1410 }
1411
1412 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1413 impl<T: ?Sized + PartialEq> RcEqIdent<T> for Rc<T> {
1414     #[inline]
1415     default fn eq(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1416         **self == **other
1417     }
1418
1419     #[inline]
1420     default fn ne(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1421         **self != **other
1422     }
1423 }
1424
1425 // Hack to allow specializing on `Eq` even though `Eq` has a method.
1426 #[rustc_unsafe_specialization_marker]
1427 pub(crate) trait MarkerEq: PartialEq<Self> {}
1428
1429 impl<T: Eq> MarkerEq for T {}
1430
1431 /// We're doing this specialization here, and not as a more general optimization on `&T`, because it
1432 /// would otherwise add a cost to all equality checks on refs. We assume that `Rc`s are used to
1433 /// store large values, that are slow to clone, but also heavy to check for equality, causing this
1434 /// cost to pay off more easily. It's also more likely to have two `Rc` clones, that point to
1435 /// the same value, than two `&T`s.
1436 ///
1437 /// We can only do this when `T: Eq` as a `PartialEq` might be deliberately irreflexive.
1438 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1439 impl<T: ?Sized + MarkerEq> RcEqIdent<T> for Rc<T> {
1440     #[inline]
1441     fn eq(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1442         Rc::ptr_eq(self, other) || **self == **other
1443     }
1444
1445     #[inline]
1446     fn ne(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1447         !Rc::ptr_eq(self, other) && **self != **other
1448     }
1449 }
1450
1451 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1452 impl<T: ?Sized + PartialEq> PartialEq for Rc<T> {
1453     /// Equality for two `Rc`s.
1454     ///
1455     /// Two `Rc`s are equal if their inner values are equal, even if they are
1456     /// stored in different allocation.
1457     ///
1458     /// If `T` also implements `Eq` (implying reflexivity of equality),
1459     /// two `Rc`s that point to the same allocation are
1460     /// always equal.
1461     ///
1462     /// # Examples
1463     ///
1464     /// ```
1465     /// use std::rc::Rc;
1466     ///
1467     /// let five = Rc::new(5);
1468     ///
1469     /// assert!(five == Rc::new(5));
1470     /// ```
1471     #[inline]
1472     fn eq(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1473         RcEqIdent::eq(self, other)
1474     }
1475
1476     /// Inequality for two `Rc`s.
1477     ///
1478     /// Two `Rc`s are unequal if their inner values are unequal.
1479     ///
1480     /// If `T` also implements `Eq` (implying reflexivity of equality),
1481     /// two `Rc`s that point to the same allocation are
1482     /// never unequal.
1483     ///
1484     /// # Examples
1485     ///
1486     /// ```
1487     /// use std::rc::Rc;
1488     ///
1489     /// let five = Rc::new(5);
1490     ///
1491     /// assert!(five != Rc::new(6));
1492     /// ```
1493     #[inline]
1494     fn ne(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1495         RcEqIdent::ne(self, other)
1496     }
1497 }
1498
1499 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1500 impl<T: ?Sized + Eq> Eq for Rc<T> {}
1501
1502 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1503 impl<T: ?Sized + PartialOrd> PartialOrd for Rc<T> {
1504     /// Partial comparison for two `Rc`s.
1505     ///
1506     /// The two are compared by calling `partial_cmp()` on their inner values.
1507     ///
1508     /// # Examples
1509     ///
1510     /// ```
1511     /// use std::rc::Rc;
1512     /// use std::cmp::Ordering;
1513     ///
1514     /// let five = Rc::new(5);
1515     ///
1516     /// assert_eq!(Some(Ordering::Less), five.partial_cmp(&Rc::new(6)));
1517     /// ```
1518     #[inline(always)]
1519     fn partial_cmp(&self, other: &Rc<T>) -> Option<Ordering> {
1520         (**self).partial_cmp(&**other)
1521     }
1522
1523     /// Less-than comparison for two `Rc`s.
1524     ///
1525     /// The two are compared by calling `<` on their inner values.
1526     ///
1527     /// # Examples
1528     ///
1529     /// ```
1530     /// use std::rc::Rc;
1531     ///
1532     /// let five = Rc::new(5);
1533     ///
1534     /// assert!(five < Rc::new(6));
1535     /// ```
1536     #[inline(always)]
1537     fn lt(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1538         **self < **other
1539     }
1540
1541     /// 'Less than or equal to' comparison for two `Rc`s.
1542     ///
1543     /// The two are compared by calling `<=` on their inner values.
1544     ///
1545     /// # Examples
1546     ///
1547     /// ```
1548     /// use std::rc::Rc;
1549     ///
1550     /// let five = Rc::new(5);
1551     ///
1552     /// assert!(five <= Rc::new(5));
1553     /// ```
1554     #[inline(always)]
1555     fn le(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1556         **self <= **other
1557     }
1558
1559     /// Greater-than comparison for two `Rc`s.
1560     ///
1561     /// The two are compared by calling `>` on their inner values.
1562     ///
1563     /// # Examples
1564     ///
1565     /// ```
1566     /// use std::rc::Rc;
1567     ///
1568     /// let five = Rc::new(5);
1569     ///
1570     /// assert!(five > Rc::new(4));
1571     /// ```
1572     #[inline(always)]
1573     fn gt(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1574         **self > **other
1575     }
1576
1577     /// 'Greater than or equal to' comparison for two `Rc`s.
1578     ///
1579     /// The two are compared by calling `>=` on their inner values.
1580     ///
1581     /// # Examples
1582     ///
1583     /// ```
1584     /// use std::rc::Rc;
1585     ///
1586     /// let five = Rc::new(5);
1587     ///
1588     /// assert!(five >= Rc::new(5));
1589     /// ```
1590     #[inline(always)]
1591     fn ge(&self, other: &Rc<T>) -> bool {
1592         **self >= **other
1593     }
1594 }
1595
1596 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1597 impl<T: ?Sized + Ord> Ord for Rc<T> {
1598     /// Comparison for two `Rc`s.
1599     ///
1600     /// The two are compared by calling `cmp()` on their inner values.
1601     ///
1602     /// # Examples
1603     ///
1604     /// ```
1605     /// use std::rc::Rc;
1606     /// use std::cmp::Ordering;
1607     ///
1608     /// let five = Rc::new(5);
1609     ///
1610     /// assert_eq!(Ordering::Less, five.cmp(&Rc::new(6)));
1611     /// ```
1612     #[inline]
1613     fn cmp(&self, other: &Rc<T>) -> Ordering {
1614         (**self).cmp(&**other)
1615     }
1616 }
1617
1618 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1619 impl<T: ?Sized + Hash> Hash for Rc<T> {
1620     fn hash<H: Hasher>(&self, state: &mut H) {
1621         (**self).hash(state);
1622     }
1623 }
1624
1625 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1626 impl<T: ?Sized + fmt::Display> fmt::Display for Rc<T> {
1627     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1628         fmt::Display::fmt(&**self, f)
1629     }
1630 }
1631
1632 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1633 impl<T: ?Sized + fmt::Debug> fmt::Debug for Rc<T> {
1634     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1635         fmt::Debug::fmt(&**self, f)
1636     }
1637 }
1638
1639 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1640 impl<T: ?Sized> fmt::Pointer for Rc<T> {
1641     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1642         fmt::Pointer::fmt(&(&**self as *const T), f)
1643     }
1644 }
1645
1646 #[stable(feature = "from_for_ptrs", since = "1.6.0")]
1647 impl<T> From<T> for Rc<T> {
1648     fn from(t: T) -> Self {
1649         Rc::new(t)
1650     }
1651 }
1652
1653 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1654 impl<T: Clone> From<&[T]> for Rc<[T]> {
1655     /// Allocate a reference-counted slice and fill it by cloning `v`'s items.
1656     ///
1657     /// # Example
1658     ///
1659     /// ```
1660     /// # use std::rc::Rc;
1661     /// let original: &[i32] = &[1, 2, 3];
1662     /// let shared: Rc<[i32]> = Rc::from(original);
1663     /// assert_eq!(&[1, 2, 3], &shared[..]);
1664     /// ```
1665     #[inline]
1666     fn from(v: &[T]) -> Rc<[T]> {
1667         <Self as RcFromSlice<T>>::from_slice(v)
1668     }
1669 }
1670
1671 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1672 impl From<&str> for Rc<str> {
1673     /// Allocate a reference-counted string slice and copy `v` into it.
1674     ///
1675     /// # Example
1676     ///
1677     /// ```
1678     /// # use std::rc::Rc;
1679     /// let shared: Rc<str> = Rc::from("statue");
1680     /// assert_eq!("statue", &shared[..]);
1681     /// ```
1682     #[inline]
1683     fn from(v: &str) -> Rc<str> {
1684         let rc = Rc::<[u8]>::from(v.as_bytes());
1685         unsafe { Rc::from_raw(Rc::into_raw(rc) as *const str) }
1686     }
1687 }
1688
1689 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1690 impl From<String> for Rc<str> {
1691     /// Allocate a reference-counted string slice and copy `v` into it.
1692     ///
1693     /// # Example
1694     ///
1695     /// ```
1696     /// # use std::rc::Rc;
1697     /// let original: String = "statue".to_owned();
1698     /// let shared: Rc<str> = Rc::from(original);
1699     /// assert_eq!("statue", &shared[..]);
1700     /// ```
1701     #[inline]
1702     fn from(v: String) -> Rc<str> {
1703         Rc::from(&v[..])
1704     }
1705 }
1706
1707 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1708 impl<T: ?Sized> From<Box<T>> for Rc<T> {
1709     /// Move a boxed object to a new, reference counted, allocation.
1710     ///
1711     /// # Example
1712     ///
1713     /// ```
1714     /// # use std::rc::Rc;
1715     /// let original: Box<i32> = Box::new(1);
1716     /// let shared: Rc<i32> = Rc::from(original);
1717     /// assert_eq!(1, *shared);
1718     /// ```
1719     #[inline]
1720     fn from(v: Box<T>) -> Rc<T> {
1721         Rc::from_box(v)
1722     }
1723 }
1724
1725 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1726 impl<T> From<Vec<T>> for Rc<[T]> {
1727     /// Allocate a reference-counted slice and move `v`'s items into it.
1728     ///
1729     /// # Example
1730     ///
1731     /// ```
1732     /// # use std::rc::Rc;
1733     /// let original: Box<Vec<i32>> = Box::new(vec![1, 2, 3]);
1734     /// let shared: Rc<Vec<i32>> = Rc::from(original);
1735     /// assert_eq!(vec![1, 2, 3], *shared);
1736     /// ```
1737     #[inline]
1738     fn from(mut v: Vec<T>) -> Rc<[T]> {
1739         unsafe {
1740             let rc = Rc::copy_from_slice(&v);
1741
1742             // Allow the Vec to free its memory, but not destroy its contents
1743             v.set_len(0);
1744
1745             rc
1746         }
1747     }
1748 }
1749
1750 #[stable(feature = "shared_from_cow", since = "1.45.0")]
1751 impl<'a, B> From<Cow<'a, B>> for Rc<B>
1752 where
1753     B: ToOwned + ?Sized,
1754     Rc<B>: From<&'a B> + From<B::Owned>,
1755 {
1756     #[inline]
1757     fn from(cow: Cow<'a, B>) -> Rc<B> {
1758         match cow {
1759             Cow::Borrowed(s) => Rc::from(s),
1760             Cow::Owned(s) => Rc::from(s),
1761         }
1762     }
1763 }
1764
1765 #[stable(feature = "boxed_slice_try_from", since = "1.43.0")]
1766 impl<T, const N: usize> TryFrom<Rc<[T]>> for Rc<[T; N]> {
1767     type Error = Rc<[T]>;
1768
1769     fn try_from(boxed_slice: Rc<[T]>) -> Result<Self, Self::Error> {
1770         if boxed_slice.len() == N {
1771             Ok(unsafe { Rc::from_raw(Rc::into_raw(boxed_slice) as *mut [T; N]) })
1772         } else {
1773             Err(boxed_slice)
1774         }
1775     }
1776 }
1777
1778 #[stable(feature = "shared_from_iter", since = "1.37.0")]
1779 impl<T> iter::FromIterator<T> for Rc<[T]> {
1780     /// Takes each element in the `Iterator` and collects it into an `Rc<[T]>`.
1781     ///
1782     /// # Performance characteristics
1783     ///
1784     /// ## The general case
1785     ///
1786     /// In the general case, collecting into `Rc<[T]>` is done by first
1787     /// collecting into a `Vec<T>`. That is, when writing the following:
1788     ///
1789     /// ```rust
1790     /// # use std::rc::Rc;
1791     /// let evens: Rc<[u8]> = (0..10).filter(|&x| x % 2 == 0).collect();
1792     /// # assert_eq!(&*evens, &[0, 2, 4, 6, 8]);
1793     /// ```
1794     ///
1795     /// this behaves as if we wrote:
1796     ///
1797     /// ```rust
1798     /// # use std::rc::Rc;
1799     /// let evens: Rc<[u8]> = (0..10).filter(|&x| x % 2 == 0)
1800     ///     .collect::<Vec<_>>() // The first set of allocations happens here.
1801     ///     .into(); // A second allocation for `Rc<[T]>` happens here.
1802     /// # assert_eq!(&*evens, &[0, 2, 4, 6, 8]);
1803     /// ```
1804     ///
1805     /// This will allocate as many times as needed for constructing the `Vec<T>`
1806     /// and then it will allocate once for turning the `Vec<T>` into the `Rc<[T]>`.
1807     ///
1808     /// ## Iterators of known length
1809     ///
1810     /// When your `Iterator` implements `TrustedLen` and is of an exact size,
1811     /// a single allocation will be made for the `Rc<[T]>`. For example:
1812     ///
1813     /// ```rust
1814     /// # use std::rc::Rc;
1815     /// let evens: Rc<[u8]> = (0..10).collect(); // Just a single allocation happens here.
1816     /// # assert_eq!(&*evens, &*(0..10).collect::<Vec<_>>());
1817     /// ```
1818     fn from_iter<I: iter::IntoIterator<Item = T>>(iter: I) -> Self {
1819         ToRcSlice::to_rc_slice(iter.into_iter())
1820     }
1821 }
1822
1823 /// Specialization trait used for collecting into `Rc<[T]>`.
1824 trait ToRcSlice<T>: Iterator<Item = T> + Sized {
1825     fn to_rc_slice(self) -> Rc<[T]>;
1826 }
1827
1828 impl<T, I: Iterator<Item = T>> ToRcSlice<T> for I {
1829     default fn to_rc_slice(self) -> Rc<[T]> {
1830         self.collect::<Vec<T>>().into()
1831     }
1832 }
1833
1834 impl<T, I: iter::TrustedLen<Item = T>> ToRcSlice<T> for I {
1835     fn to_rc_slice(self) -> Rc<[T]> {
1836         // This is the case for a `TrustedLen` iterator.
1837         let (low, high) = self.size_hint();
1838         if let Some(high) = high {
1839             debug_assert_eq!(
1840                 low,
1841                 high,
1842                 "TrustedLen iterator's size hint is not exact: {:?}",
1843                 (low, high)
1844             );
1845
1846             unsafe {
1847                 // SAFETY: We need to ensure that the iterator has an exact length and we have.
1848                 Rc::from_iter_exact(self, low)
1849             }
1850         } else {
1851             // Fall back to normal implementation.
1852             self.collect::<Vec<T>>().into()
1853         }
1854     }
1855 }
1856
1857 /// `Weak` is a version of [`Rc`] that holds a non-owning reference to the
1858 /// managed allocation. The allocation is accessed by calling [`upgrade`] on the `Weak`
1859 /// pointer, which returns an [`Option`]`<`[`Rc`]`<T>>`.
1860 ///
1861 /// Since a `Weak` reference does not count towards ownership, it will not
1862 /// prevent the value stored in the allocation from being dropped, and `Weak` itself makes no
1863 /// guarantees about the value still being present. Thus it may return [`None`]
1864 /// when [`upgrade`]d. Note however that a `Weak` reference *does* prevent the allocation
1865 /// itself (the backing store) from being deallocated.
1866 ///
1867 /// A `Weak` pointer is useful for keeping a temporary reference to the allocation
1868 /// managed by [`Rc`] without preventing its inner value from being dropped. It is also used to
1869 /// prevent circular references between [`Rc`] pointers, since mutual owning references
1870 /// would never allow either [`Rc`] to be dropped. For example, a tree could
1871 /// have strong [`Rc`] pointers from parent nodes to children, and `Weak`
1872 /// pointers from children back to their parents.
1873 ///
1874 /// The typical way to obtain a `Weak` pointer is to call [`Rc::downgrade`].
1875 ///
1876 /// [`upgrade`]: Weak::upgrade
1877 #[stable(feature = "rc_weak", since = "1.4.0")]
1878 pub struct Weak<T: ?Sized> {
1879     // This is a `NonNull` to allow optimizing the size of this type in enums,
1880     // but it is not necessarily a valid pointer.
1881     // `Weak::new` sets this to `usize::MAX` so that it doesn’t need
1882     // to allocate space on the heap.  That's not a value a real pointer
1883     // will ever have because RcBox has alignment at least 2.
1884     // This is only possible when `T: Sized`; unsized `T` never dangle.
1885     ptr: NonNull<RcBox<T>>,
1886 }
1887
1888 #[stable(feature = "rc_weak", since = "1.4.0")]
1889 impl<T: ?Sized> !marker::Send for Weak<T> {}
1890 #[stable(feature = "rc_weak", since = "1.4.0")]
1891 impl<T: ?Sized> !marker::Sync for Weak<T> {}
1892
1893 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
1894 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Weak<U>> for Weak<T> {}
1895
1896 #[unstable(feature = "dispatch_from_dyn", issue = "none")]
1897 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> DispatchFromDyn<Weak<U>> for Weak<T> {}
1898
1899 impl<T> Weak<T> {
1900     /// Constructs a new `Weak<T>`, without allocating any memory.
1901     /// Calling [`upgrade`] on the return value always gives [`None`].
1902     ///
1903     /// [`upgrade`]: Weak::upgrade
1904     ///
1905     /// # Examples
1906     ///
1907     /// ```
1908     /// use std::rc::Weak;
1909     ///
1910     /// let empty: Weak<i64> = Weak::new();
1911     /// assert!(empty.upgrade().is_none());
1912     /// ```
1913     #[stable(feature = "downgraded_weak", since = "1.10.0")]
1914     pub fn new() -> Weak<T> {
1915         Weak { ptr: NonNull::new(usize::MAX as *mut RcBox<T>).expect("MAX is not 0") }
1916     }
1917 }
1918
1919 pub(crate) fn is_dangling<T: ?Sized>(ptr: *mut T) -> bool {
1920     let address = ptr as *mut () as usize;
1921     address == usize::MAX
1922 }
1923
1924 /// Helper type to allow accessing the reference counts without
1925 /// making any assertions about the data field.
1926 struct WeakInner<'a> {
1927     weak: &'a Cell<usize>,
1928     strong: &'a Cell<usize>,
1929 }
1930
1931 impl<T: ?Sized> Weak<T> {
1932     /// Returns a raw pointer to the object `T` pointed to by this `Weak<T>`.
1933     ///
1934     /// The pointer is valid only if there are some strong references. The pointer may be dangling,
1935     /// unaligned or even [`null`] otherwise.
1936     ///
1937     /// # Examples
1938     ///
1939     /// ```
1940     /// use std::rc::Rc;
1941     /// use std::ptr;
1942     ///
1943     /// let strong = Rc::new("hello".to_owned());
1944     /// let weak = Rc::downgrade(&strong);
1945     /// // Both point to the same object
1946     /// assert!(ptr::eq(&*strong, weak.as_ptr()));
1947     /// // The strong here keeps it alive, so we can still access the object.
1948     /// assert_eq!("hello", unsafe { &*weak.as_ptr() });
1949     ///
1950     /// drop(strong);
1951     /// // But not any more. We can do weak.as_ptr(), but accessing the pointer would lead to
1952     /// // undefined behaviour.
1953     /// // assert_eq!("hello", unsafe { &*weak.as_ptr() });
1954     /// ```
1955     ///
1956     /// [`null`]: core::ptr::null
1957     #[stable(feature = "rc_as_ptr", since = "1.45.0")]
1958     pub fn as_ptr(&self) -> *const T {
1959         let ptr: *mut RcBox<T> = NonNull::as_ptr(self.ptr);
1960
1961         if is_dangling(ptr) {
1962             // If the pointer is dangling, we return the sentinel directly. This cannot be
1963             // a valid payload address, as the payload is at least as aligned as RcBox (usize).
1964             ptr as *const T
1965         } else {
1966             // SAFETY: if is_dangling returns false, then the pointer is dereferencable.
1967             // The payload may be dropped at this point, and we have to maintain provenance,
1968             // so use raw pointer manipulation.
1969             unsafe { ptr::addr_of_mut!((*ptr).value) }
1970         }
1971     }
1972
1973     /// Consumes the `Weak<T>` and turns it into a raw pointer.
1974     ///
1975     /// This converts the weak pointer into a raw pointer, while still preserving the ownership of
1976     /// one weak reference (the weak count is not modified by this operation). It can be turned
1977     /// back into the `Weak<T>` with [`from_raw`].
1978     ///
1979     /// The same restrictions of accessing the target of the pointer as with
1980     /// [`as_ptr`] apply.
1981     ///
1982     /// # Examples
1983     ///
1984     /// ```
1985     /// use std::rc::{Rc, Weak};
1986     ///
1987     /// let strong = Rc::new("hello".to_owned());
1988     /// let weak = Rc::downgrade(&strong);
1989     /// let raw = weak.into_raw();
1990     ///
1991     /// assert_eq!(1, Rc::weak_count(&strong));
1992     /// assert_eq!("hello", unsafe { &*raw });
1993     ///
1994     /// drop(unsafe { Weak::from_raw(raw) });
1995     /// assert_eq!(0, Rc::weak_count(&strong));
1996     /// ```
1997     ///
1998     /// [`from_raw`]: Weak::from_raw
1999     /// [`as_ptr`]: Weak::as_ptr
2000     #[stable(feature = "weak_into_raw", since = "1.45.0")]
2001     pub fn into_raw(self) -> *const T {
2002         let result = self.as_ptr();
2003         mem::forget(self);
2004         result
2005     }
2006
2007     /// Converts a raw pointer previously created by [`into_raw`] back into `Weak<T>`.
2008     ///
2009     /// This can be used to safely get a strong reference (by calling [`upgrade`]
2010     /// later) or to deallocate the weak count by dropping the `Weak<T>`.
2011     ///
2012     /// It takes ownership of one weak reference (with the exception of pointers created by [`new`],
2013     /// as these don't own anything; the method still works on them).
2014     ///
2015     /// # Safety
2016     ///
2017     /// The pointer must have originated from the [`into_raw`] and must still own its potential
2018     /// weak reference.
2019     ///
2020     /// It is allowed for the strong count to be 0 at the time of calling this. Nevertheless, this
2021     /// takes ownership of one weak reference currently represented as a raw pointer (the weak
2022     /// count is not modified by this operation) and therefore it must be paired with a previous
2023     /// call to [`into_raw`].
2024     ///
2025     /// # Examples
2026     ///
2027     /// ```
2028     /// use std::rc::{Rc, Weak};
2029     ///
2030     /// let strong = Rc::new("hello".to_owned());
2031     ///
2032     /// let raw_1 = Rc::downgrade(&strong).into_raw();
2033     /// let raw_2 = Rc::downgrade(&strong).into_raw();
2034     ///
2035     /// assert_eq!(2, Rc::weak_count(&strong));
2036     ///
2037     /// assert_eq!("hello", &*unsafe { Weak::from_raw(raw_1) }.upgrade().unwrap());
2038     /// assert_eq!(1, Rc::weak_count(&strong));
2039     ///
2040     /// drop(strong);
2041     ///
2042     /// // Decrement the last weak count.
2043     /// assert!(unsafe { Weak::from_raw(raw_2) }.upgrade().is_none());
2044     /// ```
2045     ///
2046     /// [`into_raw`]: Weak::into_raw
2047     /// [`upgrade`]: Weak::upgrade
2048     /// [`new`]: Weak::new
2049     #[stable(feature = "weak_into_raw", since = "1.45.0")]
2050     pub unsafe fn from_raw(ptr: *const T) -> Self {
2051         // See Weak::as_ptr for context on how the input pointer is derived.
2052
2053         let ptr = if is_dangling(ptr as *mut T) {
2054             // This is a dangling Weak.
2055             ptr as *mut RcBox<T>
2056         } else {
2057             // Otherwise, we're guaranteed the pointer came from a nondangling Weak.
2058             // SAFETY: data_offset is safe to call, as ptr references a real (potentially dropped) T.
2059             let offset = unsafe { data_offset(ptr) };
2060             // Thus, we reverse the offset to get the whole RcBox.
2061             // SAFETY: the pointer originated from a Weak, so this offset is safe.
2062             unsafe { (ptr as *mut RcBox<T>).set_ptr_value((ptr as *mut u8).offset(-offset)) }
2063         };
2064
2065         // SAFETY: we now have recovered the original Weak pointer, so can create the Weak.
2066         Weak { ptr: unsafe { NonNull::new_unchecked(ptr) } }
2067     }
2068
2069     /// Attempts to upgrade the `Weak` pointer to an [`Rc`], delaying
2070     /// dropping of the inner value if successful.
2071     ///
2072     /// Returns [`None`] if the inner value has since been dropped.
2073     ///
2074     /// # Examples
2075     ///
2076     /// ```
2077     /// use std::rc::Rc;
2078     ///
2079     /// let five = Rc::new(5);
2080     ///
2081     /// let weak_five = Rc::downgrade(&five);
2082     ///
2083     /// let strong_five: Option<Rc<_>> = weak_five.upgrade();
2084     /// assert!(strong_five.is_some());
2085     ///
2086     /// // Destroy all strong pointers.
2087     /// drop(strong_five);
2088     /// drop(five);
2089     ///
2090     /// assert!(weak_five.upgrade().is_none());
2091     /// ```
2092     #[stable(feature = "rc_weak", since = "1.4.0")]
2093     pub fn upgrade(&self) -> Option<Rc<T>> {
2094         let inner = self.inner()?;
2095         if inner.strong() == 0 {
2096             None
2097         } else {
2098             inner.inc_strong();
2099             Some(Rc::from_inner(self.ptr))
2100         }
2101     }
2102
2103     /// Gets the number of strong (`Rc`) pointers pointing to this allocation.
2104     ///
2105     /// If `self` was created using [`Weak::new`], this will return 0.
2106     #[stable(feature = "weak_counts", since = "1.41.0")]
2107     pub fn strong_count(&self) -> usize {
2108         if let Some(inner) = self.inner() { inner.strong() } else { 0 }
2109     }
2110
2111     /// Gets the number of `Weak` pointers pointing to this allocation.
2112     ///
2113     /// If no strong pointers remain, this will return zero.
2114     #[stable(feature = "weak_counts", since = "1.41.0")]
2115     pub fn weak_count(&self) -> usize {
2116         self.inner()
2117             .map(|inner| {
2118                 if inner.strong() > 0 {
2119                     inner.weak() - 1 // subtract the implicit weak ptr
2120                 } else {
2121                     0
2122                 }
2123             })
2124             .unwrap_or(0)
2125     }
2126
2127     /// Returns `None` when the pointer is dangling and there is no allocated `RcBox`,
2128     /// (i.e., when this `Weak` was created by `Weak::new`).
2129     #[inline]
2130     fn inner(&self) -> Option<WeakInner<'_>> {
2131         if is_dangling(self.ptr.as_ptr()) {
2132             None
2133         } else {
2134             // We are careful to *not* create a reference covering the "data" field, as
2135             // the field may be mutated concurrently (for example, if the last `Rc`
2136             // is dropped, the data field will be dropped in-place).
2137             Some(unsafe {
2138                 let ptr = self.ptr.as_ptr();
2139                 WeakInner { strong: &(*ptr).strong, weak: &(*ptr).weak }
2140             })
2141         }
2142     }
2143
2144     /// Returns `true` if the two `Weak`s point to the same allocation (similar to
2145     /// [`ptr::eq`]), or if both don't point to any allocation
2146     /// (because they were created with `Weak::new()`).
2147     ///
2148     /// # Notes
2149     ///
2150     /// Since this compares pointers it means that `Weak::new()` will equal each
2151     /// other, even though they don't point to any allocation.
2152     ///
2153     /// # Examples
2154     ///
2155     /// ```
2156     /// use std::rc::Rc;
2157     ///
2158     /// let first_rc = Rc::new(5);
2159     /// let first = Rc::downgrade(&first_rc);
2160     /// let second = Rc::downgrade(&first_rc);
2161     ///
2162     /// assert!(first.ptr_eq(&second));
2163     ///
2164     /// let third_rc = Rc::new(5);
2165     /// let third = Rc::downgrade(&third_rc);
2166     ///
2167     /// assert!(!first.ptr_eq(&third));
2168     /// ```
2169     ///
2170     /// Comparing `Weak::new`.
2171     ///
2172     /// ```
2173     /// use std::rc::{Rc, Weak};
2174     ///
2175     /// let first = Weak::new();
2176     /// let second = Weak::new();
2177     /// assert!(first.ptr_eq(&second));
2178     ///
2179     /// let third_rc = Rc::new(());
2180     /// let third = Rc::downgrade(&third_rc);
2181     /// assert!(!first.ptr_eq(&third));
2182     /// ```
2183     ///
2184     /// [`ptr::eq`]: core::ptr::eq
2185     #[inline]
2186     #[stable(feature = "weak_ptr_eq", since = "1.39.0")]
2187     pub fn ptr_eq(&self, other: &Self) -> bool {
2188         self.ptr.as_ptr() == other.ptr.as_ptr()
2189     }
2190 }
2191
2192 #[stable(feature = "rc_weak", since = "1.4.0")]
2193 impl<T: ?Sized> Drop for Weak<T> {
2194     /// Drops the `Weak` pointer.
2195     ///
2196     /// # Examples
2197     ///
2198     /// ```
2199     /// use std::rc::{Rc, Weak};
2200     ///
2201     /// struct Foo;
2202     ///
2203     /// impl Drop for Foo {
2204     ///     fn drop(&mut self) {
2205     ///         println!("dropped!");
2206     ///     }
2207     /// }
2208     ///
2209     /// let foo = Rc::new(Foo);
2210     /// let weak_foo = Rc::downgrade(&foo);
2211     /// let other_weak_foo = Weak::clone(&weak_foo);
2212     ///
2213     /// drop(weak_foo);   // Doesn't print anything
2214     /// drop(foo);        // Prints "dropped!"
2215     ///
2216     /// assert!(other_weak_foo.upgrade().is_none());
2217     /// ```
2218     fn drop(&mut self) {
2219         let inner = if let Some(inner) = self.inner() { inner } else { return };
2220
2221         inner.dec_weak();
2222         // the weak count starts at 1, and will only go to zero if all
2223         // the strong pointers have disappeared.
2224         if inner.weak() == 0 {
2225             unsafe {
2226                 Global.deallocate(self.ptr.cast(), Layout::for_value_raw(self.ptr.as_ptr()));
2227             }
2228         }
2229     }
2230 }
2231
2232 #[stable(feature = "rc_weak", since = "1.4.0")]
2233 impl<T: ?Sized> Clone for Weak<T> {
2234     /// Makes a clone of the `Weak` pointer that points to the same allocation.
2235     ///
2236     /// # Examples
2237     ///
2238     /// ```
2239     /// use std::rc::{Rc, Weak};
2240     ///
2241     /// let weak_five = Rc::downgrade(&Rc::new(5));
2242     ///
2243     /// let _ = Weak::clone(&weak_five);
2244     /// ```
2245     #[inline]
2246     fn clone(&self) -> Weak<T> {
2247         if let Some(inner) = self.inner() {
2248             inner.inc_weak()
2249         }
2250         Weak { ptr: self.ptr }
2251     }
2252 }
2253
2254 #[stable(feature = "rc_weak", since = "1.4.0")]
2255 impl<T: ?Sized + fmt::Debug> fmt::Debug for Weak<T> {
2256     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
2257         write!(f, "(Weak)")
2258     }
2259 }
2260
2261 #[stable(feature = "downgraded_weak", since = "1.10.0")]
2262 impl<T> Default for Weak<T> {
2263     /// Constructs a new `Weak<T>`, allocating memory for `T` without initializing
2264     /// it. Calling [`upgrade`] on the return value always gives [`None`].
2265     ///
2266     /// [`None`]: Option
2267     /// [`upgrade`]: Weak::upgrade
2268     ///
2269     /// # Examples
2270     ///
2271     /// ```
2272     /// use std::rc::Weak;
2273     ///
2274     /// let empty: Weak<i64> = Default::default();
2275     /// assert!(empty.upgrade().is_none());
2276     /// ```
2277     fn default() -> Weak<T> {
2278         Weak::new()
2279     }
2280 }
2281
2282 // NOTE: We checked_add here to deal with mem::forget safely. In particular
2283 // if you mem::forget Rcs (or Weaks), the ref-count can overflow, and then
2284 // you can free the allocation while outstanding Rcs (or Weaks) exist.
2285 // We abort because this is such a degenerate scenario that we don't care about
2286 // what happens -- no real program should ever experience this.
2287 //
2288 // This should have negligible overhead since you don't actually need to
2289 // clone these much in Rust thanks to ownership and move-semantics.
2290
2291 #[doc(hidden)]
2292 trait RcInnerPtr {
2293     fn weak_ref(&self) -> &Cell<usize>;
2294     fn strong_ref(&self) -> &Cell<usize>;
2295
2296     #[inline]
2297     fn strong(&self) -> usize {
2298         self.strong_ref().get()
2299     }
2300
2301     #[inline]
2302     fn inc_strong(&self) {
2303         let strong = self.strong();
2304
2305         // We want to abort on overflow instead of dropping the value.
2306         // The reference count will never be zero when this is called;
2307         // nevertheless, we insert an abort here to hint LLVM at
2308         // an otherwise missed optimization.
2309         if strong == 0 || strong == usize::MAX {
2310             abort();
2311         }
2312         self.strong_ref().set(strong + 1);
2313     }
2314
2315     #[inline]
2316     fn dec_strong(&self) {
2317         self.strong_ref().set(self.strong() - 1);
2318     }
2319
2320     #[inline]
2321     fn weak(&self) -> usize {
2322         self.weak_ref().get()
2323     }
2324
2325     #[inline]
2326     fn inc_weak(&self) {
2327         let weak = self.weak();
2328
2329         // We want to abort on overflow instead of dropping the value.
2330         // The reference count will never be zero when this is called;
2331         // nevertheless, we insert an abort here to hint LLVM at
2332         // an otherwise missed optimization.
2333         if weak == 0 || weak == usize::MAX {
2334             abort();
2335         }
2336         self.weak_ref().set(weak + 1);
2337     }
2338
2339     #[inline]
2340     fn dec_weak(&self) {
2341         self.weak_ref().set(self.weak() - 1);
2342     }
2343 }
2344
2345 impl<T: ?Sized> RcInnerPtr for RcBox<T> {
2346     #[inline(always)]
2347     fn weak_ref(&self) -> &Cell<usize> {
2348         &self.weak
2349     }
2350
2351     #[inline(always)]
2352     fn strong_ref(&self) -> &Cell<usize> {
2353         &self.strong
2354     }
2355 }
2356
2357 impl<'a> RcInnerPtr for WeakInner<'a> {
2358     #[inline(always)]
2359     fn weak_ref(&self) -> &Cell<usize> {
2360         self.weak
2361     }
2362
2363     #[inline(always)]
2364     fn strong_ref(&self) -> &Cell<usize> {
2365         self.strong
2366     }
2367 }
2368
2369 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2370 impl<T: ?Sized> borrow::Borrow<T> for Rc<T> {
2371     fn borrow(&self) -> &T {
2372         &**self
2373     }
2374 }
2375
2376 #[stable(since = "1.5.0", feature = "smart_ptr_as_ref")]
2377 impl<T: ?Sized> AsRef<T> for Rc<T> {
2378     fn as_ref(&self) -> &T {
2379         &**self
2380     }
2381 }
2382
2383 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
2384 impl<T: ?Sized> Unpin for Rc<T> {}
2385
2386 /// Get the offset within an `RcBox` for the payload behind a pointer.
2387 ///
2388 /// # Safety
2389 ///
2390 /// The pointer must point to (and have valid metadata for) a previously
2391 /// valid instance of T, but the T is allowed to be dropped.
2392 unsafe fn data_offset<T: ?Sized>(ptr: *const T) -> isize {
2393     // Align the unsized value to the end of the RcBox.
2394     // Because RcBox is repr(C), it will always be the last field in memory.
2395     // SAFETY: since the only unsized types possible are slices, trait objects,
2396     // and extern types, the input safety requirement is currently enough to
2397     // satisfy the requirements of align_of_val_raw; this is an implementation
2398     // detail of the language that may not be relied upon outside of std.
2399     unsafe { data_offset_align(align_of_val_raw(ptr)) }
2400 }
2401
2402 #[inline]
2403 fn data_offset_align(align: usize) -> isize {
2404     let layout = Layout::new::<RcBox<()>>();
2405     (layout.size() + layout.padding_needed_for(align)) as isize
2406 }