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