]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - library/alloc/src/sync.rs
Auto merge of #77502 - varkor:const-generics-suggest-enclosing-braces, r=petrochenkov
[rust.git] / library / alloc / src / sync.rs
1 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2
3 //! Thread-safe reference-counting pointers.
4 //!
5 //! See the [`Arc<T>`][Arc] documentation for more details.
6
7 use core::any::Any;
8 use core::borrow;
9 use core::cmp::Ordering;
10 use core::convert::{From, TryFrom};
11 use core::fmt;
12 use core::hash::{Hash, Hasher};
13 use core::hint;
14 use core::intrinsics::abort;
15 use core::iter;
16 use core::marker::{PhantomData, Unpin, Unsize};
17 use core::mem::{self, align_of_val, size_of_val};
18 use core::ops::{CoerceUnsized, Deref, DispatchFromDyn, Receiver};
19 use core::pin::Pin;
20 use core::ptr::{self, NonNull};
21 use core::slice::from_raw_parts_mut;
22 use core::sync::atomic;
23 use core::sync::atomic::Ordering::{Acquire, Relaxed, Release, SeqCst};
24
25 use crate::alloc::{box_free, handle_alloc_error, AllocError, AllocRef, Global, Layout};
26 use crate::borrow::{Cow, ToOwned};
27 use crate::boxed::Box;
28 use crate::rc::is_dangling;
29 use crate::string::String;
30 use crate::vec::Vec;
31
32 #[cfg(test)]
33 mod tests;
34
35 /// A soft limit on the amount of references that may be made to an `Arc`.
36 ///
37 /// Going above this limit will abort your program (although not
38 /// necessarily) at _exactly_ `MAX_REFCOUNT + 1` references.
39 const MAX_REFCOUNT: usize = (isize::MAX) as usize;
40
41 #[cfg(not(sanitize = "thread"))]
42 macro_rules! acquire {
43     ($x:expr) => {
44         atomic::fence(Acquire)
45     };
46 }
47
48 // ThreadSanitizer does not support memory fences. To avoid false positive
49 // reports in Arc / Weak implementation use atomic loads for synchronization
50 // instead.
51 #[cfg(sanitize = "thread")]
52 macro_rules! acquire {
53     ($x:expr) => {
54         $x.load(Acquire)
55     };
56 }
57
58 /// A thread-safe reference-counting pointer. 'Arc' stands for 'Atomically
59 /// Reference Counted'.
60 ///
61 /// The type `Arc<T>` provides shared ownership of a value of type `T`,
62 /// allocated in the heap. Invoking [`clone`][clone] on `Arc` produces
63 /// a new `Arc` instance, which points to the same allocation on the heap as the
64 /// source `Arc`, while increasing a reference count. When the last `Arc`
65 /// pointer to a given allocation is destroyed, the value stored in that allocation (often
66 /// referred to as "inner value") is also dropped.
67 ///
68 /// Shared references in Rust disallow mutation by default, and `Arc` is no
69 /// exception: you cannot generally obtain a mutable reference to something
70 /// inside an `Arc`. If you need to mutate through an `Arc`, use
71 /// [`Mutex`][mutex], [`RwLock`][rwlock], or one of the [`Atomic`][atomic]
72 /// types.
73 ///
74 /// ## Thread Safety
75 ///
76 /// Unlike [`Rc<T>`], `Arc<T>` uses atomic operations for its reference
77 /// counting. This means that it is thread-safe. The disadvantage is that
78 /// atomic operations are more expensive than ordinary memory accesses. If you
79 /// are not sharing reference-counted allocations between threads, consider using
80 /// [`Rc<T>`] for lower overhead. [`Rc<T>`] is a safe default, because the
81 /// compiler will catch any attempt to send an [`Rc<T>`] between threads.
82 /// However, a library might choose `Arc<T>` in order to give library consumers
83 /// more flexibility.
84 ///
85 /// `Arc<T>` will implement [`Send`] and [`Sync`] as long as the `T` implements
86 /// [`Send`] and [`Sync`]. Why can't you put a non-thread-safe type `T` in an
87 /// `Arc<T>` to make it thread-safe? This may be a bit counter-intuitive at
88 /// first: after all, isn't the point of `Arc<T>` thread safety? The key is
89 /// this: `Arc<T>` makes it thread safe to have multiple ownership of the same
90 /// data, but it  doesn't add thread safety to its data. Consider
91 /// `Arc<`[`RefCell<T>`]`>`. [`RefCell<T>`] isn't [`Sync`], and if `Arc<T>` was always
92 /// [`Send`], `Arc<`[`RefCell<T>`]`>` would be as well. But then we'd have a problem:
93 /// [`RefCell<T>`] is not thread safe; it keeps track of the borrowing count using
94 /// non-atomic operations.
95 ///
96 /// In the end, this means that you may need to pair `Arc<T>` with some sort of
97 /// [`std::sync`] type, usually [`Mutex<T>`][mutex].
98 ///
99 /// ## Breaking cycles with `Weak`
100 ///
101 /// The [`downgrade`][downgrade] method can be used to create a non-owning
102 /// [`Weak`] pointer. A [`Weak`] pointer can be [`upgrade`][upgrade]d
103 /// to an `Arc`, but this will return [`None`] if the value stored in the allocation has
104 /// already been dropped. In other words, `Weak` pointers do not keep the value
105 /// inside the allocation alive; however, they *do* keep the allocation
106 /// (the backing store for the value) alive.
107 ///
108 /// A cycle between `Arc` pointers will never be deallocated. For this reason,
109 /// [`Weak`] is used to break cycles. For example, a tree could have
110 /// strong `Arc` pointers from parent nodes to children, and [`Weak`]
111 /// pointers from children back to their parents.
112 ///
113 /// # Cloning references
114 ///
115 /// Creating a new reference from an existing reference-counted pointer is done using the
116 /// `Clone` trait implemented for [`Arc<T>`][Arc] and [`Weak<T>`][Weak].
117 ///
118 /// ```
119 /// use std::sync::Arc;
120 /// let foo = Arc::new(vec![1.0, 2.0, 3.0]);
121 /// // The two syntaxes below are equivalent.
122 /// let a = foo.clone();
123 /// let b = Arc::clone(&foo);
124 /// // a, b, and foo are all Arcs that point to the same memory location
125 /// ```
126 ///
127 /// ## `Deref` behavior
128 ///
129 /// `Arc<T>` automatically dereferences to `T` (via the [`Deref`][deref] trait),
130 /// so you can call `T`'s methods on a value of type `Arc<T>`. To avoid name
131 /// clashes with `T`'s methods, the methods of `Arc<T>` itself are associated
132 /// functions, called using function-like syntax:
133 ///
134 /// ```
135 /// use std::sync::Arc;
136 /// let my_arc = Arc::new(());
137 ///
138 /// Arc::downgrade(&my_arc);
139 /// ```
140 ///
141 /// [`Weak<T>`][Weak] does not auto-dereference to `T`, because the inner value may have
142 /// already been dropped.
143 ///
144 /// [`Rc<T>`]: crate::rc::Rc
145 /// [clone]: Clone::clone
146 /// [mutex]: ../../std/sync/struct.Mutex.html
147 /// [rwlock]: ../../std/sync/struct.RwLock.html
148 /// [atomic]: core::sync::atomic
149 /// [`Send`]: core::marker::Send
150 /// [`Sync`]: core::marker::Sync
151 /// [deref]: core::ops::Deref
152 /// [downgrade]: Arc::downgrade
153 /// [upgrade]: Weak::upgrade
154 /// [`RefCell<T>`]: core::cell::RefCell
155 /// [`std::sync`]: ../../std/sync/index.html
156 /// [`Arc::clone(&from)`]: Arc::clone
157 ///
158 /// # Examples
159 ///
160 /// Sharing some immutable data between threads:
161 ///
162 // Note that we **do not** run these tests here. The windows builders get super
163 // unhappy if a thread outlives the main thread and then exits at the same time
164 // (something deadlocks) so we just avoid this entirely by not running these
165 // tests.
166 /// ```no_run
167 /// use std::sync::Arc;
168 /// use std::thread;
169 ///
170 /// let five = Arc::new(5);
171 ///
172 /// for _ in 0..10 {
173 ///     let five = Arc::clone(&five);
174 ///
175 ///     thread::spawn(move || {
176 ///         println!("{:?}", five);
177 ///     });
178 /// }
179 /// ```
180 ///
181 /// Sharing a mutable [`AtomicUsize`]:
182 ///
183 /// [`AtomicUsize`]: core::sync::atomic::AtomicUsize
184 ///
185 /// ```no_run
186 /// use std::sync::Arc;
187 /// use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
188 /// use std::thread;
189 ///
190 /// let val = Arc::new(AtomicUsize::new(5));
191 ///
192 /// for _ in 0..10 {
193 ///     let val = Arc::clone(&val);
194 ///
195 ///     thread::spawn(move || {
196 ///         let v = val.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
197 ///         println!("{:?}", v);
198 ///     });
199 /// }
200 /// ```
201 ///
202 /// See the [`rc` documentation][rc_examples] for more examples of reference
203 /// counting in general.
204 ///
205 /// [rc_examples]: crate::rc#examples
206 #[cfg_attr(not(test), rustc_diagnostic_item = "Arc")]
207 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
208 pub struct Arc<T: ?Sized> {
209     ptr: NonNull<ArcInner<T>>,
210     phantom: PhantomData<ArcInner<T>>,
211 }
212
213 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
214 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Send for Arc<T> {}
215 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
216 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Sync for Arc<T> {}
217
218 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
219 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Arc<U>> for Arc<T> {}
220
221 #[unstable(feature = "dispatch_from_dyn", issue = "none")]
222 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> DispatchFromDyn<Arc<U>> for Arc<T> {}
223
224 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
225     fn from_inner(ptr: NonNull<ArcInner<T>>) -> Self {
226         Self { ptr, phantom: PhantomData }
227     }
228
229     unsafe fn from_ptr(ptr: *mut ArcInner<T>) -> Self {
230         unsafe { Self::from_inner(NonNull::new_unchecked(ptr)) }
231     }
232 }
233
234 /// `Weak` is a version of [`Arc`] that holds a non-owning reference to the
235 /// managed allocation. The allocation is accessed by calling [`upgrade`] on the `Weak`
236 /// pointer, which returns an [`Option`]`<`[`Arc`]`<T>>`.
237 ///
238 /// Since a `Weak` reference does not count towards ownership, it will not
239 /// prevent the value stored in the allocation from being dropped, and `Weak` itself makes no
240 /// guarantees about the value still being present. Thus it may return [`None`]
241 /// when [`upgrade`]d. Note however that a `Weak` reference *does* prevent the allocation
242 /// itself (the backing store) from being deallocated.
243 ///
244 /// A `Weak` pointer is useful for keeping a temporary reference to the allocation
245 /// managed by [`Arc`] without preventing its inner value from being dropped. It is also used to
246 /// prevent circular references between [`Arc`] pointers, since mutual owning references
247 /// would never allow either [`Arc`] to be dropped. For example, a tree could
248 /// have strong [`Arc`] pointers from parent nodes to children, and `Weak`
249 /// pointers from children back to their parents.
250 ///
251 /// The typical way to obtain a `Weak` pointer is to call [`Arc::downgrade`].
252 ///
253 /// [`upgrade`]: Weak::upgrade
254 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
255 pub struct Weak<T: ?Sized> {
256     // This is a `NonNull` to allow optimizing the size of this type in enums,
257     // but it is not necessarily a valid pointer.
258     // `Weak::new` sets this to `usize::MAX` so that it doesn’t need
259     // to allocate space on the heap.  That's not a value a real pointer
260     // will ever have because RcBox has alignment at least 2.
261     // This is only possible when `T: Sized`; unsized `T` never dangle.
262     ptr: NonNull<ArcInner<T>>,
263 }
264
265 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
266 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Send for Weak<T> {}
267 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
268 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Sync for Weak<T> {}
269
270 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
271 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Weak<U>> for Weak<T> {}
272 #[unstable(feature = "dispatch_from_dyn", issue = "none")]
273 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> DispatchFromDyn<Weak<U>> for Weak<T> {}
274
275 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
276 impl<T: ?Sized + fmt::Debug> fmt::Debug for Weak<T> {
277     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
278         write!(f, "(Weak)")
279     }
280 }
281
282 // This is repr(C) to future-proof against possible field-reordering, which
283 // would interfere with otherwise safe [into|from]_raw() of transmutable
284 // inner types.
285 #[repr(C)]
286 struct ArcInner<T: ?Sized> {
287     strong: atomic::AtomicUsize,
288
289     // the value usize::MAX acts as a sentinel for temporarily "locking" the
290     // ability to upgrade weak pointers or downgrade strong ones; this is used
291     // to avoid races in `make_mut` and `get_mut`.
292     weak: atomic::AtomicUsize,
293
294     data: T,
295 }
296
297 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Send for ArcInner<T> {}
298 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Sync for ArcInner<T> {}
299
300 impl<T> Arc<T> {
301     /// Constructs a new `Arc<T>`.
302     ///
303     /// # Examples
304     ///
305     /// ```
306     /// use std::sync::Arc;
307     ///
308     /// let five = Arc::new(5);
309     /// ```
310     #[inline]
311     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
312     pub fn new(data: T) -> Arc<T> {
313         // Start the weak pointer count as 1 which is the weak pointer that's
314         // held by all the strong pointers (kinda), see std/rc.rs for more info
315         let x: Box<_> = box ArcInner {
316             strong: atomic::AtomicUsize::new(1),
317             weak: atomic::AtomicUsize::new(1),
318             data,
319         };
320         Self::from_inner(Box::leak(x).into())
321     }
322
323     /// Constructs a new `Arc<T>` using a weak reference to itself. Attempting
324     /// to upgrade the weak reference before this function returns will result
325     /// in a `None` value. However, the weak reference may be cloned freely and
326     /// stored for use at a later time.
327     ///
328     /// # Examples
329     /// ```
330     /// #![feature(arc_new_cyclic)]
331     /// #![allow(dead_code)]
332     ///
333     /// use std::sync::{Arc, Weak};
334     ///
335     /// struct Foo {
336     ///     me: Weak<Foo>,
337     /// }
338     ///
339     /// let foo = Arc::new_cyclic(|me| Foo {
340     ///     me: me.clone(),
341     /// });
342     /// ```
343     #[inline]
344     #[unstable(feature = "arc_new_cyclic", issue = "75861")]
345     pub fn new_cyclic(data_fn: impl FnOnce(&Weak<T>) -> T) -> Arc<T> {
346         // Construct the inner in the "uninitialized" state with a single
347         // weak reference.
348         let uninit_ptr: NonNull<_> = Box::leak(box ArcInner {
349             strong: atomic::AtomicUsize::new(0),
350             weak: atomic::AtomicUsize::new(1),
351             data: mem::MaybeUninit::<T>::uninit(),
352         })
353         .into();
354         let init_ptr: NonNull<ArcInner<T>> = uninit_ptr.cast();
355
356         let weak = Weak { ptr: init_ptr };
357
358         // It's important we don't give up ownership of the weak pointer, or
359         // else the memory might be freed by the time `data_fn` returns. If
360         // we really wanted to pass ownership, we could create an additional
361         // weak pointer for ourselves, but this would result in additional
362         // updates to the weak reference count which might not be necessary
363         // otherwise.
364         let data = data_fn(&weak);
365
366         // Now we can properly initialize the inner value and turn our weak
367         // reference into a strong reference.
368         unsafe {
369             let inner = init_ptr.as_ptr();
370             ptr::write(&raw mut (*inner).data, data);
371
372             // The above write to the data field must be visible to any threads which
373             // observe a non-zero strong count. Therefore we need at least "Release" ordering
374             // in order to synchronize with the `compare_exchange_weak` in `Weak::upgrade`.
375             //
376             // "Acquire" ordering is not required. When considering the possible behaviours
377             // of `data_fn` we only need to look at what it could do with a reference to a
378             // non-upgradeable `Weak`:
379             // - It can *clone* the `Weak`, increasing the weak reference count.
380             // - It can drop those clones, decreasing the weak reference count (but never to zero).
381             //
382             // These side effects do not impact us in any way, and no other side effects are
383             // possible with safe code alone.
384             let prev_value = (*inner).strong.fetch_add(1, Release);
385             debug_assert_eq!(prev_value, 0, "No prior strong references should exist");
386         }
387
388         let strong = Arc::from_inner(init_ptr);
389
390         // Strong references should collectively own a shared weak reference,
391         // so don't run the destructor for our old weak reference.
392         mem::forget(weak);
393         strong
394     }
395
396     /// Constructs a new `Arc` with uninitialized contents.
397     ///
398     /// # Examples
399     ///
400     /// ```
401     /// #![feature(new_uninit)]
402     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
403     ///
404     /// use std::sync::Arc;
405     ///
406     /// let mut five = Arc::<u32>::new_uninit();
407     ///
408     /// let five = unsafe {
409     ///     // Deferred initialization:
410     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut five).as_mut_ptr().write(5);
411     ///
412     ///     five.assume_init()
413     /// };
414     ///
415     /// assert_eq!(*five, 5)
416     /// ```
417     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
418     pub fn new_uninit() -> Arc<mem::MaybeUninit<T>> {
419         unsafe {
420             Arc::from_ptr(Arc::allocate_for_layout(
421                 Layout::new::<T>(),
422                 |layout| Global.alloc(layout),
423                 |mem| mem as *mut ArcInner<mem::MaybeUninit<T>>,
424             ))
425         }
426     }
427
428     /// Constructs a new `Arc` with uninitialized contents, with the memory
429     /// being filled with `0` bytes.
430     ///
431     /// See [`MaybeUninit::zeroed`][zeroed] for examples of correct and incorrect usage
432     /// of this method.
433     ///
434     /// # Examples
435     ///
436     /// ```
437     /// #![feature(new_uninit)]
438     ///
439     /// use std::sync::Arc;
440     ///
441     /// let zero = Arc::<u32>::new_zeroed();
442     /// let zero = unsafe { zero.assume_init() };
443     ///
444     /// assert_eq!(*zero, 0)
445     /// ```
446     ///
447     /// [zeroed]: ../../std/mem/union.MaybeUninit.html#method.zeroed
448     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
449     pub fn new_zeroed() -> Arc<mem::MaybeUninit<T>> {
450         unsafe {
451             Arc::from_ptr(Arc::allocate_for_layout(
452                 Layout::new::<T>(),
453                 |layout| Global.alloc_zeroed(layout),
454                 |mem| mem as *mut ArcInner<mem::MaybeUninit<T>>,
455             ))
456         }
457     }
458
459     /// Constructs a new `Pin<Arc<T>>`. If `T` does not implement `Unpin`, then
460     /// `data` will be pinned in memory and unable to be moved.
461     #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
462     pub fn pin(data: T) -> Pin<Arc<T>> {
463         unsafe { Pin::new_unchecked(Arc::new(data)) }
464     }
465
466     /// Returns the inner value, if the `Arc` has exactly one strong reference.
467     ///
468     /// Otherwise, an [`Err`] is returned with the same `Arc` that was
469     /// passed in.
470     ///
471     /// This will succeed even if there are outstanding weak references.
472     ///
473     /// # Examples
474     ///
475     /// ```
476     /// use std::sync::Arc;
477     ///
478     /// let x = Arc::new(3);
479     /// assert_eq!(Arc::try_unwrap(x), Ok(3));
480     ///
481     /// let x = Arc::new(4);
482     /// let _y = Arc::clone(&x);
483     /// assert_eq!(*Arc::try_unwrap(x).unwrap_err(), 4);
484     /// ```
485     #[inline]
486     #[stable(feature = "arc_unique", since = "1.4.0")]
487     pub fn try_unwrap(this: Self) -> Result<T, Self> {
488         if this.inner().strong.compare_exchange(1, 0, Relaxed, Relaxed).is_err() {
489             return Err(this);
490         }
491
492         acquire!(this.inner().strong);
493
494         unsafe {
495             let elem = ptr::read(&this.ptr.as_ref().data);
496
497             // Make a weak pointer to clean up the implicit strong-weak reference
498             let _weak = Weak { ptr: this.ptr };
499             mem::forget(this);
500
501             Ok(elem)
502         }
503     }
504 }
505
506 impl<T> Arc<[T]> {
507     /// Constructs a new atomically reference-counted slice with uninitialized contents.
508     ///
509     /// # Examples
510     ///
511     /// ```
512     /// #![feature(new_uninit)]
513     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
514     ///
515     /// use std::sync::Arc;
516     ///
517     /// let mut values = Arc::<[u32]>::new_uninit_slice(3);
518     ///
519     /// let values = unsafe {
520     ///     // Deferred initialization:
521     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[0].as_mut_ptr().write(1);
522     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[1].as_mut_ptr().write(2);
523     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[2].as_mut_ptr().write(3);
524     ///
525     ///     values.assume_init()
526     /// };
527     ///
528     /// assert_eq!(*values, [1, 2, 3])
529     /// ```
530     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
531     pub fn new_uninit_slice(len: usize) -> Arc<[mem::MaybeUninit<T>]> {
532         unsafe { Arc::from_ptr(Arc::allocate_for_slice(len)) }
533     }
534
535     /// Constructs a new atomically reference-counted slice with uninitialized contents, with the memory being
536     /// filled with `0` bytes.
537     ///
538     /// See [`MaybeUninit::zeroed`][zeroed] for examples of correct and
539     /// incorrect usage of this method.
540     ///
541     /// # Examples
542     ///
543     /// ```
544     /// #![feature(new_uninit)]
545     ///
546     /// use std::sync::Arc;
547     ///
548     /// let values = Arc::<[u32]>::new_zeroed_slice(3);
549     /// let values = unsafe { values.assume_init() };
550     ///
551     /// assert_eq!(*values, [0, 0, 0])
552     /// ```
553     ///
554     /// [zeroed]: ../../std/mem/union.MaybeUninit.html#method.zeroed
555     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
556     pub fn new_zeroed_slice(len: usize) -> Arc<[mem::MaybeUninit<T>]> {
557         unsafe {
558             Arc::from_ptr(Arc::allocate_for_layout(
559                 Layout::array::<T>(len).unwrap(),
560                 |layout| Global.alloc_zeroed(layout),
561                 |mem| {
562                     ptr::slice_from_raw_parts_mut(mem as *mut T, len)
563                         as *mut ArcInner<[mem::MaybeUninit<T>]>
564                 },
565             ))
566         }
567     }
568 }
569
570 impl<T> Arc<mem::MaybeUninit<T>> {
571     /// Converts to `Arc<T>`.
572     ///
573     /// # Safety
574     ///
575     /// As with [`MaybeUninit::assume_init`],
576     /// it is up to the caller to guarantee that the inner value
577     /// really is in an initialized state.
578     /// Calling this when the content is not yet fully initialized
579     /// causes immediate undefined behavior.
580     ///
581     /// [`MaybeUninit::assume_init`]: ../../std/mem/union.MaybeUninit.html#method.assume_init
582     ///
583     /// # Examples
584     ///
585     /// ```
586     /// #![feature(new_uninit)]
587     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
588     ///
589     /// use std::sync::Arc;
590     ///
591     /// let mut five = Arc::<u32>::new_uninit();
592     ///
593     /// let five = unsafe {
594     ///     // Deferred initialization:
595     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut five).as_mut_ptr().write(5);
596     ///
597     ///     five.assume_init()
598     /// };
599     ///
600     /// assert_eq!(*five, 5)
601     /// ```
602     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
603     #[inline]
604     pub unsafe fn assume_init(self) -> Arc<T> {
605         Arc::from_inner(mem::ManuallyDrop::new(self).ptr.cast())
606     }
607 }
608
609 impl<T> Arc<[mem::MaybeUninit<T>]> {
610     /// Converts to `Arc<[T]>`.
611     ///
612     /// # Safety
613     ///
614     /// As with [`MaybeUninit::assume_init`],
615     /// it is up to the caller to guarantee that the inner value
616     /// really is in an initialized state.
617     /// Calling this when the content is not yet fully initialized
618     /// causes immediate undefined behavior.
619     ///
620     /// [`MaybeUninit::assume_init`]: ../../std/mem/union.MaybeUninit.html#method.assume_init
621     ///
622     /// # Examples
623     ///
624     /// ```
625     /// #![feature(new_uninit)]
626     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
627     ///
628     /// use std::sync::Arc;
629     ///
630     /// let mut values = Arc::<[u32]>::new_uninit_slice(3);
631     ///
632     /// let values = unsafe {
633     ///     // Deferred initialization:
634     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[0].as_mut_ptr().write(1);
635     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[1].as_mut_ptr().write(2);
636     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[2].as_mut_ptr().write(3);
637     ///
638     ///     values.assume_init()
639     /// };
640     ///
641     /// assert_eq!(*values, [1, 2, 3])
642     /// ```
643     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
644     #[inline]
645     pub unsafe fn assume_init(self) -> Arc<[T]> {
646         unsafe { Arc::from_ptr(mem::ManuallyDrop::new(self).ptr.as_ptr() as _) }
647     }
648 }
649
650 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
651     /// Consumes the `Arc`, returning the wrapped pointer.
652     ///
653     /// To avoid a memory leak the pointer must be converted back to an `Arc` using
654     /// [`Arc::from_raw`].
655     ///
656     /// # Examples
657     ///
658     /// ```
659     /// use std::sync::Arc;
660     ///
661     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
662     /// let x_ptr = Arc::into_raw(x);
663     /// assert_eq!(unsafe { &*x_ptr }, "hello");
664     /// ```
665     #[stable(feature = "rc_raw", since = "1.17.0")]
666     pub fn into_raw(this: Self) -> *const T {
667         let ptr = Self::as_ptr(&this);
668         mem::forget(this);
669         ptr
670     }
671
672     /// Provides a raw pointer to the data.
673     ///
674     /// The counts are not affected in any way and the `Arc` is not consumed. The pointer is valid for
675     /// as long as there are strong counts in the `Arc`.
676     ///
677     /// # Examples
678     ///
679     /// ```
680     /// use std::sync::Arc;
681     ///
682     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
683     /// let y = Arc::clone(&x);
684     /// let x_ptr = Arc::as_ptr(&x);
685     /// assert_eq!(x_ptr, Arc::as_ptr(&y));
686     /// assert_eq!(unsafe { &*x_ptr }, "hello");
687     /// ```
688     #[stable(feature = "rc_as_ptr", since = "1.45.0")]
689     pub fn as_ptr(this: &Self) -> *const T {
690         let ptr: *mut ArcInner<T> = NonNull::as_ptr(this.ptr);
691
692         // SAFETY: This cannot go through Deref::deref or RcBoxPtr::inner because
693         // this is required to retain raw/mut provenance such that e.g. `get_mut` can
694         // write through the pointer after the Rc is recovered through `from_raw`.
695         unsafe { &raw const (*ptr).data }
696     }
697
698     /// Constructs an `Arc<T>` from a raw pointer.
699     ///
700     /// The raw pointer must have been previously returned by a call to
701     /// [`Arc<U>::into_raw`][into_raw] where `U` must have the same size and
702     /// alignment as `T`. This is trivially true if `U` is `T`.
703     /// Note that if `U` is not `T` but has the same size and alignment, this is
704     /// basically like transmuting references of different types. See
705     /// [`mem::transmute`][transmute] for more information on what
706     /// restrictions apply in this case.
707     ///
708     /// The user of `from_raw` has to make sure a specific value of `T` is only
709     /// dropped once.
710     ///
711     /// This function is unsafe because improper use may lead to memory unsafety,
712     /// even if the returned `Arc<T>` is never accessed.
713     ///
714     /// [into_raw]: Arc::into_raw
715     /// [transmute]: core::mem::transmute
716     ///
717     /// # Examples
718     ///
719     /// ```
720     /// use std::sync::Arc;
721     ///
722     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
723     /// let x_ptr = Arc::into_raw(x);
724     ///
725     /// unsafe {
726     ///     // Convert back to an `Arc` to prevent leak.
727     ///     let x = Arc::from_raw(x_ptr);
728     ///     assert_eq!(&*x, "hello");
729     ///
730     ///     // Further calls to `Arc::from_raw(x_ptr)` would be memory-unsafe.
731     /// }
732     ///
733     /// // The memory was freed when `x` went out of scope above, so `x_ptr` is now dangling!
734     /// ```
735     #[stable(feature = "rc_raw", since = "1.17.0")]
736     pub unsafe fn from_raw(ptr: *const T) -> Self {
737         unsafe {
738             let offset = data_offset(ptr);
739
740             // Reverse the offset to find the original ArcInner.
741             let fake_ptr = ptr as *mut ArcInner<T>;
742             let arc_ptr = set_data_ptr(fake_ptr, (ptr as *mut u8).offset(-offset));
743
744             Self::from_ptr(arc_ptr)
745         }
746     }
747
748     /// Creates a new [`Weak`] pointer to this allocation.
749     ///
750     /// # Examples
751     ///
752     /// ```
753     /// use std::sync::Arc;
754     ///
755     /// let five = Arc::new(5);
756     ///
757     /// let weak_five = Arc::downgrade(&five);
758     /// ```
759     #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
760     pub fn downgrade(this: &Self) -> Weak<T> {
761         // This Relaxed is OK because we're checking the value in the CAS
762         // below.
763         let mut cur = this.inner().weak.load(Relaxed);
764
765         loop {
766             // check if the weak counter is currently "locked"; if so, spin.
767             if cur == usize::MAX {
768                 hint::spin_loop();
769                 cur = this.inner().weak.load(Relaxed);
770                 continue;
771             }
772
773             // NOTE: this code currently ignores the possibility of overflow
774             // into usize::MAX; in general both Rc and Arc need to be adjusted
775             // to deal with overflow.
776
777             // Unlike with Clone(), we need this to be an Acquire read to
778             // synchronize with the write coming from `is_unique`, so that the
779             // events prior to that write happen before this read.
780             match this.inner().weak.compare_exchange_weak(cur, cur + 1, Acquire, Relaxed) {
781                 Ok(_) => {
782                     // Make sure we do not create a dangling Weak
783                     debug_assert!(!is_dangling(this.ptr));
784                     return Weak { ptr: this.ptr };
785                 }
786                 Err(old) => cur = old,
787             }
788         }
789     }
790
791     /// Gets the number of [`Weak`] pointers to this allocation.
792     ///
793     /// # Safety
794     ///
795     /// This method by itself is safe, but using it correctly requires extra care.
796     /// Another thread can change the weak count at any time,
797     /// including potentially between calling this method and acting on the result.
798     ///
799     /// # Examples
800     ///
801     /// ```
802     /// use std::sync::Arc;
803     ///
804     /// let five = Arc::new(5);
805     /// let _weak_five = Arc::downgrade(&five);
806     ///
807     /// // This assertion is deterministic because we haven't shared
808     /// // the `Arc` or `Weak` between threads.
809     /// assert_eq!(1, Arc::weak_count(&five));
810     /// ```
811     #[inline]
812     #[stable(feature = "arc_counts", since = "1.15.0")]
813     pub fn weak_count(this: &Self) -> usize {
814         let cnt = this.inner().weak.load(SeqCst);
815         // If the weak count is currently locked, the value of the
816         // count was 0 just before taking the lock.
817         if cnt == usize::MAX { 0 } else { cnt - 1 }
818     }
819
820     /// Gets the number of strong (`Arc`) pointers to this allocation.
821     ///
822     /// # Safety
823     ///
824     /// This method by itself is safe, but using it correctly requires extra care.
825     /// Another thread can change the strong count at any time,
826     /// including potentially between calling this method and acting on the result.
827     ///
828     /// # Examples
829     ///
830     /// ```
831     /// use std::sync::Arc;
832     ///
833     /// let five = Arc::new(5);
834     /// let _also_five = Arc::clone(&five);
835     ///
836     /// // This assertion is deterministic because we haven't shared
837     /// // the `Arc` between threads.
838     /// assert_eq!(2, Arc::strong_count(&five));
839     /// ```
840     #[inline]
841     #[stable(feature = "arc_counts", since = "1.15.0")]
842     pub fn strong_count(this: &Self) -> usize {
843         this.inner().strong.load(SeqCst)
844     }
845
846     /// Increments the strong reference count on the `Arc<T>` associated with the
847     /// provided pointer by one.
848     ///
849     /// # Safety
850     ///
851     /// The pointer must have been obtained through `Arc::into_raw`, and the
852     /// associated `Arc` instance must be valid (i.e. the strong count must be at
853     /// least 1) for the duration of this method.
854     ///
855     /// # Examples
856     ///
857     /// ```
858     /// #![feature(arc_mutate_strong_count)]
859     ///
860     /// use std::sync::Arc;
861     ///
862     /// let five = Arc::new(5);
863     ///
864     /// unsafe {
865     ///     let ptr = Arc::into_raw(five);
866     ///     Arc::incr_strong_count(ptr);
867     ///
868     ///     // This assertion is deterministic because we haven't shared
869     ///     // the `Arc` between threads.
870     ///     let five = Arc::from_raw(ptr);
871     ///     assert_eq!(2, Arc::strong_count(&five));
872     /// }
873     /// ```
874     #[inline]
875     #[unstable(feature = "arc_mutate_strong_count", issue = "71983")]
876     pub unsafe fn incr_strong_count(ptr: *const T) {
877         // Retain Arc, but don't touch refcount by wrapping in ManuallyDrop
878         let arc = unsafe { mem::ManuallyDrop::new(Arc::<T>::from_raw(ptr)) };
879         // Now increase refcount, but don't drop new refcount either
880         let _arc_clone: mem::ManuallyDrop<_> = arc.clone();
881     }
882
883     /// Decrements the strong reference count on the `Arc<T>` associated with the
884     /// provided pointer by one.
885     ///
886     /// # Safety
887     ///
888     /// The pointer must have been obtained through `Arc::into_raw`, and the
889     /// associated `Arc` instance must be valid (i.e. the strong count must be at
890     /// least 1) when invoking this method. This method can be used to release the final
891     /// `Arc` and backing storage, but **should not** be called after the final `Arc` has been
892     /// released.
893     ///
894     /// # Examples
895     ///
896     /// ```
897     /// #![feature(arc_mutate_strong_count)]
898     ///
899     /// use std::sync::Arc;
900     ///
901     /// let five = Arc::new(5);
902     ///
903     /// unsafe {
904     ///     let ptr = Arc::into_raw(five);
905     ///     Arc::incr_strong_count(ptr);
906     ///
907     ///     // Those assertions are deterministic because we haven't shared
908     ///     // the `Arc` between threads.
909     ///     let five = Arc::from_raw(ptr);
910     ///     assert_eq!(2, Arc::strong_count(&five));
911     ///     Arc::decr_strong_count(ptr);
912     ///     assert_eq!(1, Arc::strong_count(&five));
913     /// }
914     /// ```
915     #[inline]
916     #[unstable(feature = "arc_mutate_strong_count", issue = "71983")]
917     pub unsafe fn decr_strong_count(ptr: *const T) {
918         unsafe { mem::drop(Arc::from_raw(ptr)) };
919     }
920
921     #[inline]
922     fn inner(&self) -> &ArcInner<T> {
923         // This unsafety is ok because while this arc is alive we're guaranteed
924         // that the inner pointer is valid. Furthermore, we know that the
925         // `ArcInner` structure itself is `Sync` because the inner data is
926         // `Sync` as well, so we're ok loaning out an immutable pointer to these
927         // contents.
928         unsafe { self.ptr.as_ref() }
929     }
930
931     // Non-inlined part of `drop`.
932     #[inline(never)]
933     unsafe fn drop_slow(&mut self) {
934         // Destroy the data at this time, even though we may not free the box
935         // allocation itself (there may still be weak pointers lying around).
936         unsafe { ptr::drop_in_place(Self::get_mut_unchecked(self)) };
937
938         // Drop the weak ref collectively held by all strong references
939         drop(Weak { ptr: self.ptr });
940     }
941
942     #[inline]
943     #[stable(feature = "ptr_eq", since = "1.17.0")]
944     /// Returns `true` if the two `Arc`s point to the same allocation
945     /// (in a vein similar to [`ptr::eq`]).
946     ///
947     /// # Examples
948     ///
949     /// ```
950     /// use std::sync::Arc;
951     ///
952     /// let five = Arc::new(5);
953     /// let same_five = Arc::clone(&five);
954     /// let other_five = Arc::new(5);
955     ///
956     /// assert!(Arc::ptr_eq(&five, &same_five));
957     /// assert!(!Arc::ptr_eq(&five, &other_five));
958     /// ```
959     ///
960     /// [`ptr::eq`]: core::ptr::eq
961     pub fn ptr_eq(this: &Self, other: &Self) -> bool {
962         this.ptr.as_ptr() == other.ptr.as_ptr()
963     }
964 }
965
966 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
967     /// Allocates an `ArcInner<T>` with sufficient space for
968     /// a possibly-unsized inner value where the value has the layout provided.
969     ///
970     /// The function `mem_to_arcinner` is called with the data pointer
971     /// and must return back a (potentially fat)-pointer for the `ArcInner<T>`.
972     unsafe fn allocate_for_layout(
973         value_layout: Layout,
974         allocate: impl FnOnce(Layout) -> Result<NonNull<[u8]>, AllocError>,
975         mem_to_arcinner: impl FnOnce(*mut u8) -> *mut ArcInner<T>,
976     ) -> *mut ArcInner<T> {
977         // Calculate layout using the given value layout.
978         // Previously, layout was calculated on the expression
979         // `&*(ptr as *const ArcInner<T>)`, but this created a misaligned
980         // reference (see #54908).
981         let layout = Layout::new::<ArcInner<()>>().extend(value_layout).unwrap().0.pad_to_align();
982
983         let ptr = allocate(layout).unwrap_or_else(|_| handle_alloc_error(layout));
984
985         // Initialize the ArcInner
986         let inner = mem_to_arcinner(ptr.as_non_null_ptr().as_ptr());
987         debug_assert_eq!(unsafe { Layout::for_value(&*inner) }, layout);
988
989         unsafe {
990             ptr::write(&mut (*inner).strong, atomic::AtomicUsize::new(1));
991             ptr::write(&mut (*inner).weak, atomic::AtomicUsize::new(1));
992         }
993
994         inner
995     }
996
997     /// Allocates an `ArcInner<T>` with sufficient space for an unsized inner value.
998     unsafe fn allocate_for_ptr(ptr: *const T) -> *mut ArcInner<T> {
999         // Allocate for the `ArcInner<T>` using the given value.
1000         unsafe {
1001             Self::allocate_for_layout(
1002                 Layout::for_value(&*ptr),
1003                 |layout| Global.alloc(layout),
1004                 |mem| set_data_ptr(ptr as *mut T, mem) as *mut ArcInner<T>,
1005             )
1006         }
1007     }
1008
1009     fn from_box(v: Box<T>) -> Arc<T> {
1010         unsafe {
1011             let (box_unique, alloc) = Box::into_unique(v);
1012             let bptr = box_unique.as_ptr();
1013
1014             let value_size = size_of_val(&*bptr);
1015             let ptr = Self::allocate_for_ptr(bptr);
1016
1017             // Copy value as bytes
1018             ptr::copy_nonoverlapping(
1019                 bptr as *const T as *const u8,
1020                 &mut (*ptr).data as *mut _ as *mut u8,
1021                 value_size,
1022             );
1023
1024             // Free the allocation without dropping its contents
1025             box_free(box_unique, alloc);
1026
1027             Self::from_ptr(ptr)
1028         }
1029     }
1030 }
1031
1032 impl<T> Arc<[T]> {
1033     /// Allocates an `ArcInner<[T]>` with the given length.
1034     unsafe fn allocate_for_slice(len: usize) -> *mut ArcInner<[T]> {
1035         unsafe {
1036             Self::allocate_for_layout(
1037                 Layout::array::<T>(len).unwrap(),
1038                 |layout| Global.alloc(layout),
1039                 |mem| ptr::slice_from_raw_parts_mut(mem as *mut T, len) as *mut ArcInner<[T]>,
1040             )
1041         }
1042     }
1043 }
1044
1045 /// Sets the data pointer of a `?Sized` raw pointer.
1046 ///
1047 /// For a slice/trait object, this sets the `data` field and leaves the rest
1048 /// unchanged. For a sized raw pointer, this simply sets the pointer.
1049 unsafe fn set_data_ptr<T: ?Sized, U>(mut ptr: *mut T, data: *mut U) -> *mut T {
1050     unsafe {
1051         ptr::write(&mut ptr as *mut _ as *mut *mut u8, data as *mut u8);
1052     }
1053     ptr
1054 }
1055
1056 impl<T> Arc<[T]> {
1057     /// Copy elements from slice into newly allocated Arc<\[T\]>
1058     ///
1059     /// Unsafe because the caller must either take ownership or bind `T: Copy`.
1060     unsafe fn copy_from_slice(v: &[T]) -> Arc<[T]> {
1061         unsafe {
1062             let ptr = Self::allocate_for_slice(v.len());
1063
1064             ptr::copy_nonoverlapping(v.as_ptr(), &mut (*ptr).data as *mut [T] as *mut T, v.len());
1065
1066             Self::from_ptr(ptr)
1067         }
1068     }
1069
1070     /// Constructs an `Arc<[T]>` from an iterator known to be of a certain size.
1071     ///
1072     /// Behavior is undefined should the size be wrong.
1073     unsafe fn from_iter_exact(iter: impl iter::Iterator<Item = T>, len: usize) -> Arc<[T]> {
1074         // Panic guard while cloning T elements.
1075         // In the event of a panic, elements that have been written
1076         // into the new ArcInner will be dropped, then the memory freed.
1077         struct Guard<T> {
1078             mem: NonNull<u8>,
1079             elems: *mut T,
1080             layout: Layout,
1081             n_elems: usize,
1082         }
1083
1084         impl<T> Drop for Guard<T> {
1085             fn drop(&mut self) {
1086                 unsafe {
1087                     let slice = from_raw_parts_mut(self.elems, self.n_elems);
1088                     ptr::drop_in_place(slice);
1089
1090                     Global.dealloc(self.mem, self.layout);
1091                 }
1092             }
1093         }
1094
1095         unsafe {
1096             let ptr = Self::allocate_for_slice(len);
1097
1098             let mem = ptr as *mut _ as *mut u8;
1099             let layout = Layout::for_value(&*ptr);
1100
1101             // Pointer to first element
1102             let elems = &mut (*ptr).data as *mut [T] as *mut T;
1103
1104             let mut guard = Guard { mem: NonNull::new_unchecked(mem), elems, layout, n_elems: 0 };
1105
1106             for (i, item) in iter.enumerate() {
1107                 ptr::write(elems.add(i), item);
1108                 guard.n_elems += 1;
1109             }
1110
1111             // All clear. Forget the guard so it doesn't free the new ArcInner.
1112             mem::forget(guard);
1113
1114             Self::from_ptr(ptr)
1115         }
1116     }
1117 }
1118
1119 /// Specialization trait used for `From<&[T]>`.
1120 trait ArcFromSlice<T> {
1121     fn from_slice(slice: &[T]) -> Self;
1122 }
1123
1124 impl<T: Clone> ArcFromSlice<T> for Arc<[T]> {
1125     #[inline]
1126     default fn from_slice(v: &[T]) -> Self {
1127         unsafe { Self::from_iter_exact(v.iter().cloned(), v.len()) }
1128     }
1129 }
1130
1131 impl<T: Copy> ArcFromSlice<T> for Arc<[T]> {
1132     #[inline]
1133     fn from_slice(v: &[T]) -> Self {
1134         unsafe { Arc::copy_from_slice(v) }
1135     }
1136 }
1137
1138 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1139 impl<T: ?Sized> Clone for Arc<T> {
1140     /// Makes a clone of the `Arc` pointer.
1141     ///
1142     /// This creates another pointer to the same allocation, increasing the
1143     /// strong reference count.
1144     ///
1145     /// # Examples
1146     ///
1147     /// ```
1148     /// use std::sync::Arc;
1149     ///
1150     /// let five = Arc::new(5);
1151     ///
1152     /// let _ = Arc::clone(&five);
1153     /// ```
1154     #[inline]
1155     fn clone(&self) -> Arc<T> {
1156         // Using a relaxed ordering is alright here, as knowledge of the
1157         // original reference prevents other threads from erroneously deleting
1158         // the object.
1159         //
1160         // As explained in the [Boost documentation][1], Increasing the
1161         // reference counter can always be done with memory_order_relaxed: New
1162         // references to an object can only be formed from an existing
1163         // reference, and passing an existing reference from one thread to
1164         // another must already provide any required synchronization.
1165         //
1166         // [1]: (www.boost.org/doc/libs/1_55_0/doc/html/atomic/usage_examples.html)
1167         let old_size = self.inner().strong.fetch_add(1, Relaxed);
1168
1169         // However we need to guard against massive refcounts in case someone
1170         // is `mem::forget`ing Arcs. If we don't do this the count can overflow
1171         // and users will use-after free. We racily saturate to `isize::MAX` on
1172         // the assumption that there aren't ~2 billion threads incrementing
1173         // the reference count at once. This branch will never be taken in
1174         // any realistic program.
1175         //
1176         // We abort because such a program is incredibly degenerate, and we
1177         // don't care to support it.
1178         if old_size > MAX_REFCOUNT {
1179             abort();
1180         }
1181
1182         Self::from_inner(self.ptr)
1183     }
1184 }
1185
1186 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1187 impl<T: ?Sized> Deref for Arc<T> {
1188     type Target = T;
1189
1190     #[inline]
1191     fn deref(&self) -> &T {
1192         &self.inner().data
1193     }
1194 }
1195
1196 #[unstable(feature = "receiver_trait", issue = "none")]
1197 impl<T: ?Sized> Receiver for Arc<T> {}
1198
1199 impl<T: Clone> Arc<T> {
1200     /// Makes a mutable reference into the given `Arc`.
1201     ///
1202     /// If there are other `Arc` or [`Weak`] pointers to the same allocation,
1203     /// then `make_mut` will create a new allocation and invoke [`clone`][clone] on the inner value
1204     /// to ensure unique ownership. This is also referred to as clone-on-write.
1205     ///
1206     /// Note that this differs from the behavior of [`Rc::make_mut`] which disassociates
1207     /// any remaining `Weak` pointers.
1208     ///
1209     /// See also [`get_mut`][get_mut], which will fail rather than cloning.
1210     ///
1211     /// [clone]: Clone::clone
1212     /// [get_mut]: Arc::get_mut
1213     /// [`Rc::make_mut`]: super::rc::Rc::make_mut
1214     ///
1215     /// # Examples
1216     ///
1217     /// ```
1218     /// use std::sync::Arc;
1219     ///
1220     /// let mut data = Arc::new(5);
1221     ///
1222     /// *Arc::make_mut(&mut data) += 1;         // Won't clone anything
1223     /// let mut other_data = Arc::clone(&data); // Won't clone inner data
1224     /// *Arc::make_mut(&mut data) += 1;         // Clones inner data
1225     /// *Arc::make_mut(&mut data) += 1;         // Won't clone anything
1226     /// *Arc::make_mut(&mut other_data) *= 2;   // Won't clone anything
1227     ///
1228     /// // Now `data` and `other_data` point to different allocations.
1229     /// assert_eq!(*data, 8);
1230     /// assert_eq!(*other_data, 12);
1231     /// ```
1232     #[inline]
1233     #[stable(feature = "arc_unique", since = "1.4.0")]
1234     pub fn make_mut(this: &mut Self) -> &mut T {
1235         // Note that we hold both a strong reference and a weak reference.
1236         // Thus, releasing our strong reference only will not, by itself, cause
1237         // the memory to be deallocated.
1238         //
1239         // Use Acquire to ensure that we see any writes to `weak` that happen
1240         // before release writes (i.e., decrements) to `strong`. Since we hold a
1241         // weak count, there's no chance the ArcInner itself could be
1242         // deallocated.
1243         if this.inner().strong.compare_exchange(1, 0, Acquire, Relaxed).is_err() {
1244             // Another strong pointer exists; clone
1245             *this = Arc::new((**this).clone());
1246         } else if this.inner().weak.load(Relaxed) != 1 {
1247             // Relaxed suffices in the above because this is fundamentally an
1248             // optimization: we are always racing with weak pointers being
1249             // dropped. Worst case, we end up allocated a new Arc unnecessarily.
1250
1251             // We removed the last strong ref, but there are additional weak
1252             // refs remaining. We'll move the contents to a new Arc, and
1253             // invalidate the other weak refs.
1254
1255             // Note that it is not possible for the read of `weak` to yield
1256             // usize::MAX (i.e., locked), since the weak count can only be
1257             // locked by a thread with a strong reference.
1258
1259             // Materialize our own implicit weak pointer, so that it can clean
1260             // up the ArcInner as needed.
1261             let weak = Weak { ptr: this.ptr };
1262
1263             // mark the data itself as already deallocated
1264             unsafe {
1265                 // there is no data race in the implicit write caused by `read`
1266                 // here (due to zeroing) because data is no longer accessed by
1267                 // other threads (due to there being no more strong refs at this
1268                 // point).
1269                 let mut swap = Arc::new(ptr::read(&weak.ptr.as_ref().data));
1270                 mem::swap(this, &mut swap);
1271                 mem::forget(swap);
1272             }
1273         } else {
1274             // We were the sole reference of either kind; bump back up the
1275             // strong ref count.
1276             this.inner().strong.store(1, Release);
1277         }
1278
1279         // As with `get_mut()`, the unsafety is ok because our reference was
1280         // either unique to begin with, or became one upon cloning the contents.
1281         unsafe { Self::get_mut_unchecked(this) }
1282     }
1283 }
1284
1285 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
1286     /// Returns a mutable reference into the given `Arc`, if there are
1287     /// no other `Arc` or [`Weak`] pointers to the same allocation.
1288     ///
1289     /// Returns [`None`] otherwise, because it is not safe to
1290     /// mutate a shared value.
1291     ///
1292     /// See also [`make_mut`][make_mut], which will [`clone`][clone]
1293     /// the inner value when there are other pointers.
1294     ///
1295     /// [make_mut]: Arc::make_mut
1296     /// [clone]: Clone::clone
1297     ///
1298     /// # Examples
1299     ///
1300     /// ```
1301     /// use std::sync::Arc;
1302     ///
1303     /// let mut x = Arc::new(3);
1304     /// *Arc::get_mut(&mut x).unwrap() = 4;
1305     /// assert_eq!(*x, 4);
1306     ///
1307     /// let _y = Arc::clone(&x);
1308     /// assert!(Arc::get_mut(&mut x).is_none());
1309     /// ```
1310     #[inline]
1311     #[stable(feature = "arc_unique", since = "1.4.0")]
1312     pub fn get_mut(this: &mut Self) -> Option<&mut T> {
1313         if this.is_unique() {
1314             // This unsafety is ok because we're guaranteed that the pointer
1315             // returned is the *only* pointer that will ever be returned to T. Our
1316             // reference count is guaranteed to be 1 at this point, and we required
1317             // the Arc itself to be `mut`, so we're returning the only possible
1318             // reference to the inner data.
1319             unsafe { Some(Arc::get_mut_unchecked(this)) }
1320         } else {
1321             None
1322         }
1323     }
1324
1325     /// Returns a mutable reference into the given `Arc`,
1326     /// without any check.
1327     ///
1328     /// See also [`get_mut`], which is safe and does appropriate checks.
1329     ///
1330     /// [`get_mut`]: Arc::get_mut
1331     ///
1332     /// # Safety
1333     ///
1334     /// Any other `Arc` or [`Weak`] pointers to the same allocation must not be dereferenced
1335     /// for the duration of the returned borrow.
1336     /// This is trivially the case if no such pointers exist,
1337     /// for example immediately after `Arc::new`.
1338     ///
1339     /// # Examples
1340     ///
1341     /// ```
1342     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
1343     ///
1344     /// use std::sync::Arc;
1345     ///
1346     /// let mut x = Arc::new(String::new());
1347     /// unsafe {
1348     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut x).push_str("foo")
1349     /// }
1350     /// assert_eq!(*x, "foo");
1351     /// ```
1352     #[inline]
1353     #[unstable(feature = "get_mut_unchecked", issue = "63292")]
1354     pub unsafe fn get_mut_unchecked(this: &mut Self) -> &mut T {
1355         // We are careful to *not* create a reference covering the "count" fields, as
1356         // this would alias with concurrent access to the reference counts (e.g. by `Weak`).
1357         unsafe { &mut (*this.ptr.as_ptr()).data }
1358     }
1359
1360     /// Determine whether this is the unique reference (including weak refs) to
1361     /// the underlying data.
1362     ///
1363     /// Note that this requires locking the weak ref count.
1364     fn is_unique(&mut self) -> bool {
1365         // lock the weak pointer count if we appear to be the sole weak pointer
1366         // holder.
1367         //
1368         // The acquire label here ensures a happens-before relationship with any
1369         // writes to `strong` (in particular in `Weak::upgrade`) prior to decrements
1370         // of the `weak` count (via `Weak::drop`, which uses release).  If the upgraded
1371         // weak ref was never dropped, the CAS here will fail so we do not care to synchronize.
1372         if self.inner().weak.compare_exchange(1, usize::MAX, Acquire, Relaxed).is_ok() {
1373             // This needs to be an `Acquire` to synchronize with the decrement of the `strong`
1374             // counter in `drop` -- the only access that happens when any but the last reference
1375             // is being dropped.
1376             let unique = self.inner().strong.load(Acquire) == 1;
1377
1378             // The release write here synchronizes with a read in `downgrade`,
1379             // effectively preventing the above read of `strong` from happening
1380             // after the write.
1381             self.inner().weak.store(1, Release); // release the lock
1382             unique
1383         } else {
1384             false
1385         }
1386     }
1387 }
1388
1389 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1390 unsafe impl<#[may_dangle] T: ?Sized> Drop for Arc<T> {
1391     /// Drops the `Arc`.
1392     ///
1393     /// This will decrement the strong reference count. If the strong reference
1394     /// count reaches zero then the only other references (if any) are
1395     /// [`Weak`], so we `drop` the inner value.
1396     ///
1397     /// # Examples
1398     ///
1399     /// ```
1400     /// use std::sync::Arc;
1401     ///
1402     /// struct Foo;
1403     ///
1404     /// impl Drop for Foo {
1405     ///     fn drop(&mut self) {
1406     ///         println!("dropped!");
1407     ///     }
1408     /// }
1409     ///
1410     /// let foo  = Arc::new(Foo);
1411     /// let foo2 = Arc::clone(&foo);
1412     ///
1413     /// drop(foo);    // Doesn't print anything
1414     /// drop(foo2);   // Prints "dropped!"
1415     /// ```
1416     #[inline]
1417     fn drop(&mut self) {
1418         // Because `fetch_sub` is already atomic, we do not need to synchronize
1419         // with other threads unless we are going to delete the object. This
1420         // same logic applies to the below `fetch_sub` to the `weak` count.
1421         if self.inner().strong.fetch_sub(1, Release) != 1 {
1422             return;
1423         }
1424
1425         // This fence is needed to prevent reordering of use of the data and
1426         // deletion of the data.  Because it is marked `Release`, the decreasing
1427         // of the reference count synchronizes with this `Acquire` fence. This
1428         // means that use of the data happens before decreasing the reference
1429         // count, which happens before this fence, which happens before the
1430         // deletion of the data.
1431         //
1432         // As explained in the [Boost documentation][1],
1433         //
1434         // > It is important to enforce any possible access to the object in one
1435         // > thread (through an existing reference) to *happen before* deleting
1436         // > the object in a different thread. This is achieved by a "release"
1437         // > operation after dropping a reference (any access to the object
1438         // > through this reference must obviously happened before), and an
1439         // > "acquire" operation before deleting the object.
1440         //
1441         // In particular, while the contents of an Arc are usually immutable, it's
1442         // possible to have interior writes to something like a Mutex<T>. Since a
1443         // Mutex is not acquired when it is deleted, we can't rely on its
1444         // synchronization logic to make writes in thread A visible to a destructor
1445         // running in thread B.
1446         //
1447         // Also note that the Acquire fence here could probably be replaced with an
1448         // Acquire load, which could improve performance in highly-contended
1449         // situations. See [2].
1450         //
1451         // [1]: (www.boost.org/doc/libs/1_55_0/doc/html/atomic/usage_examples.html)
1452         // [2]: (https://github.com/rust-lang/rust/pull/41714)
1453         acquire!(self.inner().strong);
1454
1455         unsafe {
1456             self.drop_slow();
1457         }
1458     }
1459 }
1460
1461 impl Arc<dyn Any + Send + Sync> {
1462     #[inline]
1463     #[stable(feature = "rc_downcast", since = "1.29.0")]
1464     /// Attempt to downcast the `Arc<dyn Any + Send + Sync>` to a concrete type.
1465     ///
1466     /// # Examples
1467     ///
1468     /// ```
1469     /// use std::any::Any;
1470     /// use std::sync::Arc;
1471     ///
1472     /// fn print_if_string(value: Arc<dyn Any + Send + Sync>) {
1473     ///     if let Ok(string) = value.downcast::<String>() {
1474     ///         println!("String ({}): {}", string.len(), string);
1475     ///     }
1476     /// }
1477     ///
1478     /// let my_string = "Hello World".to_string();
1479     /// print_if_string(Arc::new(my_string));
1480     /// print_if_string(Arc::new(0i8));
1481     /// ```
1482     pub fn downcast<T>(self) -> Result<Arc<T>, Self>
1483     where
1484         T: Any + Send + Sync + 'static,
1485     {
1486         if (*self).is::<T>() {
1487             let ptr = self.ptr.cast::<ArcInner<T>>();
1488             mem::forget(self);
1489             Ok(Arc::from_inner(ptr))
1490         } else {
1491             Err(self)
1492         }
1493     }
1494 }
1495
1496 impl<T> Weak<T> {
1497     /// Constructs a new `Weak<T>`, without allocating any memory.
1498     /// Calling [`upgrade`] on the return value always gives [`None`].
1499     ///
1500     /// [`upgrade`]: Weak::upgrade
1501     ///
1502     /// # Examples
1503     ///
1504     /// ```
1505     /// use std::sync::Weak;
1506     ///
1507     /// let empty: Weak<i64> = Weak::new();
1508     /// assert!(empty.upgrade().is_none());
1509     /// ```
1510     #[stable(feature = "downgraded_weak", since = "1.10.0")]
1511     pub fn new() -> Weak<T> {
1512         Weak { ptr: NonNull::new(usize::MAX as *mut ArcInner<T>).expect("MAX is not 0") }
1513     }
1514 }
1515
1516 /// Helper type to allow accessing the reference counts without
1517 /// making any assertions about the data field.
1518 struct WeakInner<'a> {
1519     weak: &'a atomic::AtomicUsize,
1520     strong: &'a atomic::AtomicUsize,
1521 }
1522
1523 impl<T: ?Sized> Weak<T> {
1524     /// Returns a raw pointer to the object `T` pointed to by this `Weak<T>`.
1525     ///
1526     /// The pointer is valid only if there are some strong references. The pointer may be dangling,
1527     /// unaligned or even [`null`] otherwise.
1528     ///
1529     /// # Examples
1530     ///
1531     /// ```
1532     /// use std::sync::Arc;
1533     /// use std::ptr;
1534     ///
1535     /// let strong = Arc::new("hello".to_owned());
1536     /// let weak = Arc::downgrade(&strong);
1537     /// // Both point to the same object
1538     /// assert!(ptr::eq(&*strong, weak.as_ptr()));
1539     /// // The strong here keeps it alive, so we can still access the object.
1540     /// assert_eq!("hello", unsafe { &*weak.as_ptr() });
1541     ///
1542     /// drop(strong);
1543     /// // But not any more. We can do weak.as_ptr(), but accessing the pointer would lead to
1544     /// // undefined behaviour.
1545     /// // assert_eq!("hello", unsafe { &*weak.as_ptr() });
1546     /// ```
1547     ///
1548     /// [`null`]: core::ptr::null
1549     #[stable(feature = "weak_into_raw", since = "1.45.0")]
1550     pub fn as_ptr(&self) -> *const T {
1551         let ptr: *mut ArcInner<T> = NonNull::as_ptr(self.ptr);
1552
1553         // SAFETY: we must offset the pointer manually, and said pointer may be
1554         // a dangling weak (usize::MAX) if T is sized. data_offset is safe to call,
1555         // because we know that a pointer to unsized T was derived from a real
1556         // unsized T, as dangling weaks are only created for sized T. wrapping_offset
1557         // is used so that we can use the same code path for the non-dangling
1558         // unsized case and the potentially dangling sized case.
1559         unsafe {
1560             let offset = data_offset(ptr as *mut T);
1561             set_data_ptr(ptr as *mut T, (ptr as *mut u8).wrapping_offset(offset))
1562         }
1563     }
1564
1565     /// Consumes the `Weak<T>` and turns it into a raw pointer.
1566     ///
1567     /// This converts the weak pointer into a raw pointer, while still preserving the ownership of
1568     /// one weak reference (the weak count is not modified by this operation). It can be turned
1569     /// back into the `Weak<T>` with [`from_raw`].
1570     ///
1571     /// The same restrictions of accessing the target of the pointer as with
1572     /// [`as_ptr`] apply.
1573     ///
1574     /// # Examples
1575     ///
1576     /// ```
1577     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1578     ///
1579     /// let strong = Arc::new("hello".to_owned());
1580     /// let weak = Arc::downgrade(&strong);
1581     /// let raw = weak.into_raw();
1582     ///
1583     /// assert_eq!(1, Arc::weak_count(&strong));
1584     /// assert_eq!("hello", unsafe { &*raw });
1585     ///
1586     /// drop(unsafe { Weak::from_raw(raw) });
1587     /// assert_eq!(0, Arc::weak_count(&strong));
1588     /// ```
1589     ///
1590     /// [`from_raw`]: Weak::from_raw
1591     /// [`as_ptr`]: Weak::as_ptr
1592     #[stable(feature = "weak_into_raw", since = "1.45.0")]
1593     pub fn into_raw(self) -> *const T {
1594         let result = self.as_ptr();
1595         mem::forget(self);
1596         result
1597     }
1598
1599     /// Converts a raw pointer previously created by [`into_raw`] back into `Weak<T>`.
1600     ///
1601     /// This can be used to safely get a strong reference (by calling [`upgrade`]
1602     /// later) or to deallocate the weak count by dropping the `Weak<T>`.
1603     ///
1604     /// It takes ownership of one weak reference (with the exception of pointers created by [`new`],
1605     /// as these don't own anything; the method still works on them).
1606     ///
1607     /// # Safety
1608     ///
1609     /// The pointer must have originated from the [`into_raw`] and must still own its potential
1610     /// weak reference.
1611     ///
1612     /// It is allowed for the strong count to be 0 at the time of calling this. Nevertheless, this
1613     /// takes ownership of one weak reference currently represented as a raw pointer (the weak
1614     /// count is not modified by this operation) and therefore it must be paired with a previous
1615     /// call to [`into_raw`].
1616     /// # Examples
1617     ///
1618     /// ```
1619     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1620     ///
1621     /// let strong = Arc::new("hello".to_owned());
1622     ///
1623     /// let raw_1 = Arc::downgrade(&strong).into_raw();
1624     /// let raw_2 = Arc::downgrade(&strong).into_raw();
1625     ///
1626     /// assert_eq!(2, Arc::weak_count(&strong));
1627     ///
1628     /// assert_eq!("hello", &*unsafe { Weak::from_raw(raw_1) }.upgrade().unwrap());
1629     /// assert_eq!(1, Arc::weak_count(&strong));
1630     ///
1631     /// drop(strong);
1632     ///
1633     /// // Decrement the last weak count.
1634     /// assert!(unsafe { Weak::from_raw(raw_2) }.upgrade().is_none());
1635     /// ```
1636     ///
1637     /// [`new`]: Weak::new
1638     /// [`into_raw`]: Weak::into_raw
1639     /// [`upgrade`]: Weak::upgrade
1640     /// [`forget`]: std::mem::forget
1641     #[stable(feature = "weak_into_raw", since = "1.45.0")]
1642     pub unsafe fn from_raw(ptr: *const T) -> Self {
1643         // SAFETY: data_offset is safe to call, because this pointer originates from a Weak.
1644         // See Weak::as_ptr for context on how the input pointer is derived.
1645         let offset = unsafe { data_offset(ptr) };
1646
1647         // Reverse the offset to find the original ArcInner.
1648         // SAFETY: we use wrapping_offset here because the pointer may be dangling (but only if T: Sized)
1649         let ptr = unsafe {
1650             set_data_ptr(ptr as *mut ArcInner<T>, (ptr as *mut u8).wrapping_offset(-offset))
1651         };
1652
1653         // SAFETY: we now have recovered the original Weak pointer, so can create the Weak.
1654         unsafe { Weak { ptr: NonNull::new_unchecked(ptr) } }
1655     }
1656
1657     /// Attempts to upgrade the `Weak` pointer to an [`Arc`], delaying
1658     /// dropping of the inner value if successful.
1659     ///
1660     /// Returns [`None`] if the inner value has since been dropped.
1661     ///
1662     /// # Examples
1663     ///
1664     /// ```
1665     /// use std::sync::Arc;
1666     ///
1667     /// let five = Arc::new(5);
1668     ///
1669     /// let weak_five = Arc::downgrade(&five);
1670     ///
1671     /// let strong_five: Option<Arc<_>> = weak_five.upgrade();
1672     /// assert!(strong_five.is_some());
1673     ///
1674     /// // Destroy all strong pointers.
1675     /// drop(strong_five);
1676     /// drop(five);
1677     ///
1678     /// assert!(weak_five.upgrade().is_none());
1679     /// ```
1680     #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
1681     pub fn upgrade(&self) -> Option<Arc<T>> {
1682         // We use a CAS loop to increment the strong count instead of a
1683         // fetch_add as this function should never take the reference count
1684         // from zero to one.
1685         let inner = self.inner()?;
1686
1687         // Relaxed load because any write of 0 that we can observe
1688         // leaves the field in a permanently zero state (so a
1689         // "stale" read of 0 is fine), and any other value is
1690         // confirmed via the CAS below.
1691         let mut n = inner.strong.load(Relaxed);
1692
1693         loop {
1694             if n == 0 {
1695                 return None;
1696             }
1697
1698             // See comments in `Arc::clone` for why we do this (for `mem::forget`).
1699             if n > MAX_REFCOUNT {
1700                 abort();
1701             }
1702
1703             // Relaxed is fine for the failure case because we don't have any expectations about the new state.
1704             // Acquire is necessary for the success case to synchronise with `Arc::new_cyclic`, when the inner
1705             // value can be initialized after `Weak` references have already been created. In that case, we
1706             // expect to observe the fully initialized value.
1707             match inner.strong.compare_exchange_weak(n, n + 1, Acquire, Relaxed) {
1708                 Ok(_) => return Some(Arc::from_inner(self.ptr)), // null checked above
1709                 Err(old) => n = old,
1710             }
1711         }
1712     }
1713
1714     /// Gets the number of strong (`Arc`) pointers pointing to this allocation.
1715     ///
1716     /// If `self` was created using [`Weak::new`], this will return 0.
1717     #[stable(feature = "weak_counts", since = "1.41.0")]
1718     pub fn strong_count(&self) -> usize {
1719         if let Some(inner) = self.inner() { inner.strong.load(SeqCst) } else { 0 }
1720     }
1721
1722     /// Gets an approximation of the number of `Weak` pointers pointing to this
1723     /// allocation.
1724     ///
1725     /// If `self` was created using [`Weak::new`], or if there are no remaining
1726     /// strong pointers, this will return 0.
1727     ///
1728     /// # Accuracy
1729     ///
1730     /// Due to implementation details, the returned value can be off by 1 in
1731     /// either direction when other threads are manipulating any `Arc`s or
1732     /// `Weak`s pointing to the same allocation.
1733     #[stable(feature = "weak_counts", since = "1.41.0")]
1734     pub fn weak_count(&self) -> usize {
1735         self.inner()
1736             .map(|inner| {
1737                 let weak = inner.weak.load(SeqCst);
1738                 let strong = inner.strong.load(SeqCst);
1739                 if strong == 0 {
1740                     0
1741                 } else {
1742                     // Since we observed that there was at least one strong pointer
1743                     // after reading the weak count, we know that the implicit weak
1744                     // reference (present whenever any strong references are alive)
1745                     // was still around when we observed the weak count, and can
1746                     // therefore safely subtract it.
1747                     weak - 1
1748                 }
1749             })
1750             .unwrap_or(0)
1751     }
1752
1753     /// Returns `None` when the pointer is dangling and there is no allocated `ArcInner`,
1754     /// (i.e., when this `Weak` was created by `Weak::new`).
1755     #[inline]
1756     fn inner(&self) -> Option<WeakInner<'_>> {
1757         if is_dangling(self.ptr) {
1758             None
1759         } else {
1760             // We are careful to *not* create a reference covering the "data" field, as
1761             // the field may be mutated concurrently (for example, if the last `Arc`
1762             // is dropped, the data field will be dropped in-place).
1763             Some(unsafe {
1764                 let ptr = self.ptr.as_ptr();
1765                 WeakInner { strong: &(*ptr).strong, weak: &(*ptr).weak }
1766             })
1767         }
1768     }
1769
1770     /// Returns `true` if the two `Weak`s point to the same allocation (similar to
1771     /// [`ptr::eq`]), or if both don't point to any allocation
1772     /// (because they were created with `Weak::new()`).
1773     ///
1774     /// # Notes
1775     ///
1776     /// Since this compares pointers it means that `Weak::new()` will equal each
1777     /// other, even though they don't point to any allocation.
1778     ///
1779     /// # Examples
1780     ///
1781     /// ```
1782     /// use std::sync::Arc;
1783     ///
1784     /// let first_rc = Arc::new(5);
1785     /// let first = Arc::downgrade(&first_rc);
1786     /// let second = Arc::downgrade(&first_rc);
1787     ///
1788     /// assert!(first.ptr_eq(&second));
1789     ///
1790     /// let third_rc = Arc::new(5);
1791     /// let third = Arc::downgrade(&third_rc);
1792     ///
1793     /// assert!(!first.ptr_eq(&third));
1794     /// ```
1795     ///
1796     /// Comparing `Weak::new`.
1797     ///
1798     /// ```
1799     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1800     ///
1801     /// let first = Weak::new();
1802     /// let second = Weak::new();
1803     /// assert!(first.ptr_eq(&second));
1804     ///
1805     /// let third_rc = Arc::new(());
1806     /// let third = Arc::downgrade(&third_rc);
1807     /// assert!(!first.ptr_eq(&third));
1808     /// ```
1809     ///
1810     /// [`ptr::eq`]: core::ptr::eq
1811     #[inline]
1812     #[stable(feature = "weak_ptr_eq", since = "1.39.0")]
1813     pub fn ptr_eq(&self, other: &Self) -> bool {
1814         self.ptr.as_ptr() == other.ptr.as_ptr()
1815     }
1816 }
1817
1818 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
1819 impl<T: ?Sized> Clone for Weak<T> {
1820     /// Makes a clone of the `Weak` pointer that points to the same allocation.
1821     ///
1822     /// # Examples
1823     ///
1824     /// ```
1825     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1826     ///
1827     /// let weak_five = Arc::downgrade(&Arc::new(5));
1828     ///
1829     /// let _ = Weak::clone(&weak_five);
1830     /// ```
1831     #[inline]
1832     fn clone(&self) -> Weak<T> {
1833         let inner = if let Some(inner) = self.inner() {
1834             inner
1835         } else {
1836             return Weak { ptr: self.ptr };
1837         };
1838         // See comments in Arc::clone() for why this is relaxed.  This can use a
1839         // fetch_add (ignoring the lock) because the weak count is only locked
1840         // where are *no other* weak pointers in existence. (So we can't be
1841         // running this code in that case).
1842         let old_size = inner.weak.fetch_add(1, Relaxed);
1843
1844         // See comments in Arc::clone() for why we do this (for mem::forget).
1845         if old_size > MAX_REFCOUNT {
1846             abort();
1847         }
1848
1849         Weak { ptr: self.ptr }
1850     }
1851 }
1852
1853 #[stable(feature = "downgraded_weak", since = "1.10.0")]
1854 impl<T> Default for Weak<T> {
1855     /// Constructs a new `Weak<T>`, without allocating memory.
1856     /// Calling [`upgrade`] on the return value always
1857     /// gives [`None`].
1858     ///
1859     /// [`upgrade`]: Weak::upgrade
1860     ///
1861     /// # Examples
1862     ///
1863     /// ```
1864     /// use std::sync::Weak;
1865     ///
1866     /// let empty: Weak<i64> = Default::default();
1867     /// assert!(empty.upgrade().is_none());
1868     /// ```
1869     fn default() -> Weak<T> {
1870         Weak::new()
1871     }
1872 }
1873
1874 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
1875 impl<T: ?Sized> Drop for Weak<T> {
1876     /// Drops the `Weak` pointer.
1877     ///
1878     /// # Examples
1879     ///
1880     /// ```
1881     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1882     ///
1883     /// struct Foo;
1884     ///
1885     /// impl Drop for Foo {
1886     ///     fn drop(&mut self) {
1887     ///         println!("dropped!");
1888     ///     }
1889     /// }
1890     ///
1891     /// let foo = Arc::new(Foo);
1892     /// let weak_foo = Arc::downgrade(&foo);
1893     /// let other_weak_foo = Weak::clone(&weak_foo);
1894     ///
1895     /// drop(weak_foo);   // Doesn't print anything
1896     /// drop(foo);        // Prints "dropped!"
1897     ///
1898     /// assert!(other_weak_foo.upgrade().is_none());
1899     /// ```
1900     fn drop(&mut self) {
1901         // If we find out that we were the last weak pointer, then its time to
1902         // deallocate the data entirely. See the discussion in Arc::drop() about
1903         // the memory orderings
1904         //
1905         // It's not necessary to check for the locked state here, because the
1906         // weak count can only be locked if there was precisely one weak ref,
1907         // meaning that drop could only subsequently run ON that remaining weak
1908         // ref, which can only happen after the lock is released.
1909         let inner = if let Some(inner) = self.inner() { inner } else { return };
1910
1911         if inner.weak.fetch_sub(1, Release) == 1 {
1912             acquire!(inner.weak);
1913             unsafe { Global.dealloc(self.ptr.cast(), Layout::for_value(self.ptr.as_ref())) }
1914         }
1915     }
1916 }
1917
1918 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1919 trait ArcEqIdent<T: ?Sized + PartialEq> {
1920     fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool;
1921     fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool;
1922 }
1923
1924 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1925 impl<T: ?Sized + PartialEq> ArcEqIdent<T> for Arc<T> {
1926     #[inline]
1927     default fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1928         **self == **other
1929     }
1930     #[inline]
1931     default fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1932         **self != **other
1933     }
1934 }
1935
1936 /// We're doing this specialization here, and not as a more general optimization on `&T`, because it
1937 /// would otherwise add a cost to all equality checks on refs. We assume that `Arc`s are used to
1938 /// store large values, that are slow to clone, but also heavy to check for equality, causing this
1939 /// cost to pay off more easily. It's also more likely to have two `Arc` clones, that point to
1940 /// the same value, than two `&T`s.
1941 ///
1942 /// We can only do this when `T: Eq` as a `PartialEq` might be deliberately irreflexive.
1943 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1944 impl<T: ?Sized + crate::rc::MarkerEq> ArcEqIdent<T> for Arc<T> {
1945     #[inline]
1946     fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1947         Arc::ptr_eq(self, other) || **self == **other
1948     }
1949
1950     #[inline]
1951     fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1952         !Arc::ptr_eq(self, other) && **self != **other
1953     }
1954 }
1955
1956 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1957 impl<T: ?Sized + PartialEq> PartialEq for Arc<T> {
1958     /// Equality for two `Arc`s.
1959     ///
1960     /// Two `Arc`s are equal if their inner values are equal, even if they are
1961     /// stored in different allocation.
1962     ///
1963     /// If `T` also implements `Eq` (implying reflexivity of equality),
1964     /// two `Arc`s that point to the same allocation are always equal.
1965     ///
1966     /// # Examples
1967     ///
1968     /// ```
1969     /// use std::sync::Arc;
1970     ///
1971     /// let five = Arc::new(5);
1972     ///
1973     /// assert!(five == Arc::new(5));
1974     /// ```
1975     #[inline]
1976     fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1977         ArcEqIdent::eq(self, other)
1978     }
1979
1980     /// Inequality for two `Arc`s.
1981     ///
1982     /// Two `Arc`s are unequal if their inner values are unequal.
1983     ///
1984     /// If `T` also implements `Eq` (implying reflexivity of equality),
1985     /// two `Arc`s that point to the same value are never unequal.
1986     ///
1987     /// # Examples
1988     ///
1989     /// ```
1990     /// use std::sync::Arc;
1991     ///
1992     /// let five = Arc::new(5);
1993     ///
1994     /// assert!(five != Arc::new(6));
1995     /// ```
1996     #[inline]
1997     fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1998         ArcEqIdent::ne(self, other)
1999     }
2000 }
2001
2002 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2003 impl<T: ?Sized + PartialOrd> PartialOrd for Arc<T> {
2004     /// Partial comparison for two `Arc`s.
2005     ///
2006     /// The two are compared by calling `partial_cmp()` on their inner values.
2007     ///
2008     /// # Examples
2009     ///
2010     /// ```
2011     /// use std::sync::Arc;
2012     /// use std::cmp::Ordering;
2013     ///
2014     /// let five = Arc::new(5);
2015     ///
2016     /// assert_eq!(Some(Ordering::Less), five.partial_cmp(&Arc::new(6)));
2017     /// ```
2018     fn partial_cmp(&self, other: &Arc<T>) -> Option<Ordering> {
2019         (**self).partial_cmp(&**other)
2020     }
2021
2022     /// Less-than comparison for two `Arc`s.
2023     ///
2024     /// The two are compared by calling `<` on their inner values.
2025     ///
2026     /// # Examples
2027     ///
2028     /// ```
2029     /// use std::sync::Arc;
2030     ///
2031     /// let five = Arc::new(5);
2032     ///
2033     /// assert!(five < Arc::new(6));
2034     /// ```
2035     fn lt(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
2036         *(*self) < *(*other)
2037     }
2038
2039     /// 'Less than or equal to' comparison for two `Arc`s.
2040     ///
2041     /// The two are compared by calling `<=` on their inner values.
2042     ///
2043     /// # Examples
2044     ///
2045     /// ```
2046     /// use std::sync::Arc;
2047     ///
2048     /// let five = Arc::new(5);
2049     ///
2050     /// assert!(five <= Arc::new(5));
2051     /// ```
2052     fn le(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
2053         *(*self) <= *(*other)
2054     }
2055
2056     /// Greater-than comparison for two `Arc`s.
2057     ///
2058     /// The two are compared by calling `>` on their inner values.
2059     ///
2060     /// # Examples
2061     ///
2062     /// ```
2063     /// use std::sync::Arc;
2064     ///
2065     /// let five = Arc::new(5);
2066     ///
2067     /// assert!(five > Arc::new(4));
2068     /// ```
2069     fn gt(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
2070         *(*self) > *(*other)
2071     }
2072
2073     /// 'Greater than or equal to' comparison for two `Arc`s.
2074     ///
2075     /// The two are compared by calling `>=` on their inner values.
2076     ///
2077     /// # Examples
2078     ///
2079     /// ```
2080     /// use std::sync::Arc;
2081     ///
2082     /// let five = Arc::new(5);
2083     ///
2084     /// assert!(five >= Arc::new(5));
2085     /// ```
2086     fn ge(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
2087         *(*self) >= *(*other)
2088     }
2089 }
2090 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2091 impl<T: ?Sized + Ord> Ord for Arc<T> {
2092     /// Comparison for two `Arc`s.
2093     ///
2094     /// The two are compared by calling `cmp()` on their inner values.
2095     ///
2096     /// # Examples
2097     ///
2098     /// ```
2099     /// use std::sync::Arc;
2100     /// use std::cmp::Ordering;
2101     ///
2102     /// let five = Arc::new(5);
2103     ///
2104     /// assert_eq!(Ordering::Less, five.cmp(&Arc::new(6)));
2105     /// ```
2106     fn cmp(&self, other: &Arc<T>) -> Ordering {
2107         (**self).cmp(&**other)
2108     }
2109 }
2110 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2111 impl<T: ?Sized + Eq> Eq for Arc<T> {}
2112
2113 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2114 impl<T: ?Sized + fmt::Display> fmt::Display for Arc<T> {
2115     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
2116         fmt::Display::fmt(&**self, f)
2117     }
2118 }
2119
2120 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2121 impl<T: ?Sized + fmt::Debug> fmt::Debug for Arc<T> {
2122     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
2123         fmt::Debug::fmt(&**self, f)
2124     }
2125 }
2126
2127 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2128 impl<T: ?Sized> fmt::Pointer for Arc<T> {
2129     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
2130         fmt::Pointer::fmt(&(&**self as *const T), f)
2131     }
2132 }
2133
2134 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2135 impl<T: Default> Default for Arc<T> {
2136     /// Creates a new `Arc<T>`, with the `Default` value for `T`.
2137     ///
2138     /// # Examples
2139     ///
2140     /// ```
2141     /// use std::sync::Arc;
2142     ///
2143     /// let x: Arc<i32> = Default::default();
2144     /// assert_eq!(*x, 0);
2145     /// ```
2146     fn default() -> Arc<T> {
2147         Arc::new(Default::default())
2148     }
2149 }
2150
2151 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2152 impl<T: ?Sized + Hash> Hash for Arc<T> {
2153     fn hash<H: Hasher>(&self, state: &mut H) {
2154         (**self).hash(state)
2155     }
2156 }
2157
2158 #[stable(feature = "from_for_ptrs", since = "1.6.0")]
2159 impl<T> From<T> for Arc<T> {
2160     fn from(t: T) -> Self {
2161         Arc::new(t)
2162     }
2163 }
2164
2165 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2166 impl<T: Clone> From<&[T]> for Arc<[T]> {
2167     #[inline]
2168     fn from(v: &[T]) -> Arc<[T]> {
2169         <Self as ArcFromSlice<T>>::from_slice(v)
2170     }
2171 }
2172
2173 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2174 impl From<&str> for Arc<str> {
2175     #[inline]
2176     fn from(v: &str) -> Arc<str> {
2177         let arc = Arc::<[u8]>::from(v.as_bytes());
2178         unsafe { Arc::from_raw(Arc::into_raw(arc) as *const str) }
2179     }
2180 }
2181
2182 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2183 impl From<String> for Arc<str> {
2184     #[inline]
2185     fn from(v: String) -> Arc<str> {
2186         Arc::from(&v[..])
2187     }
2188 }
2189
2190 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2191 impl<T: ?Sized> From<Box<T>> for Arc<T> {
2192     #[inline]
2193     fn from(v: Box<T>) -> Arc<T> {
2194         Arc::from_box(v)
2195     }
2196 }
2197
2198 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2199 impl<T> From<Vec<T>> for Arc<[T]> {
2200     #[inline]
2201     fn from(mut v: Vec<T>) -> Arc<[T]> {
2202         unsafe {
2203             let arc = Arc::copy_from_slice(&v);
2204
2205             // Allow the Vec to free its memory, but not destroy its contents
2206             v.set_len(0);
2207
2208             arc
2209         }
2210     }
2211 }
2212
2213 #[stable(feature = "shared_from_cow", since = "1.45.0")]
2214 impl<'a, B> From<Cow<'a, B>> for Arc<B>
2215 where
2216     B: ToOwned + ?Sized,
2217     Arc<B>: From<&'a B> + From<B::Owned>,
2218 {
2219     #[inline]
2220     fn from(cow: Cow<'a, B>) -> Arc<B> {
2221         match cow {
2222             Cow::Borrowed(s) => Arc::from(s),
2223             Cow::Owned(s) => Arc::from(s),
2224         }
2225     }
2226 }
2227
2228 #[stable(feature = "boxed_slice_try_from", since = "1.43.0")]
2229 impl<T, const N: usize> TryFrom<Arc<[T]>> for Arc<[T; N]> {
2230     type Error = Arc<[T]>;
2231
2232     fn try_from(boxed_slice: Arc<[T]>) -> Result<Self, Self::Error> {
2233         if boxed_slice.len() == N {
2234             Ok(unsafe { Arc::from_raw(Arc::into_raw(boxed_slice) as *mut [T; N]) })
2235         } else {
2236             Err(boxed_slice)
2237         }
2238     }
2239 }
2240
2241 #[stable(feature = "shared_from_iter", since = "1.37.0")]
2242 impl<T> iter::FromIterator<T> for Arc<[T]> {
2243     /// Takes each element in the `Iterator` and collects it into an `Arc<[T]>`.
2244     ///
2245     /// # Performance characteristics
2246     ///
2247     /// ## The general case
2248     ///
2249     /// In the general case, collecting into `Arc<[T]>` is done by first
2250     /// collecting into a `Vec<T>`. That is, when writing the following:
2251     ///
2252     /// ```rust
2253     /// # use std::sync::Arc;
2254     /// let evens: Arc<[u8]> = (0..10).filter(|&x| x % 2 == 0).collect();
2255     /// # assert_eq!(&*evens, &[0, 2, 4, 6, 8]);
2256     /// ```
2257     ///
2258     /// this behaves as if we wrote:
2259     ///
2260     /// ```rust
2261     /// # use std::sync::Arc;
2262     /// let evens: Arc<[u8]> = (0..10).filter(|&x| x % 2 == 0)
2263     ///     .collect::<Vec<_>>() // The first set of allocations happens here.
2264     ///     .into(); // A second allocation for `Arc<[T]>` happens here.
2265     /// # assert_eq!(&*evens, &[0, 2, 4, 6, 8]);
2266     /// ```
2267     ///
2268     /// This will allocate as many times as needed for constructing the `Vec<T>`
2269     /// and then it will allocate once for turning the `Vec<T>` into the `Arc<[T]>`.
2270     ///
2271     /// ## Iterators of known length
2272     ///
2273     /// When your `Iterator` implements `TrustedLen` and is of an exact size,
2274     /// a single allocation will be made for the `Arc<[T]>`. For example:
2275     ///
2276     /// ```rust
2277     /// # use std::sync::Arc;
2278     /// let evens: Arc<[u8]> = (0..10).collect(); // Just a single allocation happens here.
2279     /// # assert_eq!(&*evens, &*(0..10).collect::<Vec<_>>());
2280     /// ```
2281     fn from_iter<I: iter::IntoIterator<Item = T>>(iter: I) -> Self {
2282         ToArcSlice::to_arc_slice(iter.into_iter())
2283     }
2284 }
2285
2286 /// Specialization trait used for collecting into `Arc<[T]>`.
2287 trait ToArcSlice<T>: Iterator<Item = T> + Sized {
2288     fn to_arc_slice(self) -> Arc<[T]>;
2289 }
2290
2291 impl<T, I: Iterator<Item = T>> ToArcSlice<T> for I {
2292     default fn to_arc_slice(self) -> Arc<[T]> {
2293         self.collect::<Vec<T>>().into()
2294     }
2295 }
2296
2297 impl<T, I: iter::TrustedLen<Item = T>> ToArcSlice<T> for I {
2298     fn to_arc_slice(self) -> Arc<[T]> {
2299         // This is the case for a `TrustedLen` iterator.
2300         let (low, high) = self.size_hint();
2301         if let Some(high) = high {
2302             debug_assert_eq!(
2303                 low,
2304                 high,
2305                 "TrustedLen iterator's size hint is not exact: {:?}",
2306                 (low, high)
2307             );
2308
2309             unsafe {
2310                 // SAFETY: We need to ensure that the iterator has an exact length and we have.
2311                 Arc::from_iter_exact(self, low)
2312             }
2313         } else {
2314             // Fall back to normal implementation.
2315             self.collect::<Vec<T>>().into()
2316         }
2317     }
2318 }
2319
2320 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2321 impl<T: ?Sized> borrow::Borrow<T> for Arc<T> {
2322     fn borrow(&self) -> &T {
2323         &**self
2324     }
2325 }
2326
2327 #[stable(since = "1.5.0", feature = "smart_ptr_as_ref")]
2328 impl<T: ?Sized> AsRef<T> for Arc<T> {
2329     fn as_ref(&self) -> &T {
2330         &**self
2331     }
2332 }
2333
2334 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
2335 impl<T: ?Sized> Unpin for Arc<T> {}
2336
2337 /// Get the offset within an `ArcInner` for
2338 /// a payload of type described by a pointer.
2339 ///
2340 /// # Safety
2341 ///
2342 /// This has the same safety requirements as `align_of_val_raw`. In effect:
2343 ///
2344 /// - This function is safe for any argument if `T` is sized, and
2345 /// - if `T` is unsized, the pointer must have appropriate pointer metadata
2346 ///   acquired from the real instance that you are getting this offset for.
2347 unsafe fn data_offset<T: ?Sized>(ptr: *const T) -> isize {
2348     // Align the unsized value to the end of the `ArcInner`.
2349     // Because it is `?Sized`, it will always be the last field in memory.
2350     // Note: This is a detail of the current implementation of the compiler,
2351     // and is not a guaranteed language detail. Do not rely on it outside of std.
2352     unsafe { data_offset_align(align_of_val(&*ptr)) }
2353 }
2354
2355 #[inline]
2356 fn data_offset_align(align: usize) -> isize {
2357     let layout = Layout::new::<ArcInner<()>>();
2358     (layout.size() + layout.padding_needed_for(align)) as isize
2359 }