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Rollup merge of #79293 - Havvy:test-eval-order-compound-assign, r=Mark-Simulacrum
[rust.git] / library / core / src / cell.rs
1 //! Shareable mutable containers.
2 //!
3 //! Rust memory safety is based on this rule: Given an object `T`, it is only possible to
4 //! have one of the following:
5 //!
6 //! - Having several immutable references (`&T`) to the object (also known as **aliasing**).
7 //! - Having one mutable reference (`&mut T`) to the object (also known as **mutability**).
8 //!
9 //! This is enforced by the Rust compiler. However, there are situations where this rule is not
10 //! flexible enough. Sometimes it is required to have multiple references to an object and yet
11 //! mutate it.
12 //!
13 //! Shareable mutable containers exist to permit mutability in a controlled manner, even in the
14 //! presence of aliasing. Both `Cell<T>` and `RefCell<T>` allow doing this in a single-threaded
15 //! way. However, neither `Cell<T>` nor `RefCell<T>` are thread safe (they do not implement
16 //! `Sync`). If you need to do aliasing and mutation between multiple threads it is possible to
17 //! use [`Mutex`](../../std/sync/struct.Mutex.html),
18 //! [`RwLock`](../../std/sync/struct.RwLock.html) or
19 //! [`atomic`](../../core/sync/atomic/index.html) types.
20 //!
21 //! Values of the `Cell<T>` and `RefCell<T>` types may be mutated through shared references (i.e.
22 //! the common `&T` type), whereas most Rust types can only be mutated through unique (`&mut T`)
23 //! references. We say that `Cell<T>` and `RefCell<T>` provide 'interior mutability', in contrast
24 //! with typical Rust types that exhibit 'inherited mutability'.
25 //!
26 //! Cell types come in two flavors: `Cell<T>` and `RefCell<T>`. `Cell<T>` implements interior
27 //! mutability by moving values in and out of the `Cell<T>`. To use references instead of values,
28 //! one must use the `RefCell<T>` type, acquiring a write lock before mutating. `Cell<T>` provides
29 //! methods to retrieve and change the current interior value:
30 //!
31 //!  - For types that implement `Copy`, the `get` method retrieves the current interior value.
32 //!  - For types that implement `Default`, the `take` method replaces the current interior value
33 //!    with `Default::default()` and returns the replaced value.
34 //!  - For all types, the `replace` method replaces the current interior value and returns the
35 //!    replaced value and the `into_inner` method consumes the `Cell<T>` and returns the interior
36 //!    value. Additionally, the `set` method replaces the interior value, dropping the replaced
37 //!    value.
38 //!
39 //! `RefCell<T>` uses Rust's lifetimes to implement 'dynamic borrowing', a process whereby one can
40 //! claim temporary, exclusive, mutable access to the inner value. Borrows for `RefCell<T>`s are
41 //! tracked 'at runtime', unlike Rust's native reference types which are entirely tracked
42 //! statically, at compile time. Because `RefCell<T>` borrows are dynamic it is possible to attempt
43 //! to borrow a value that is already mutably borrowed; when this happens it results in thread
44 //! panic.
45 //!
46 //! # When to choose interior mutability
47 //!
48 //! The more common inherited mutability, where one must have unique access to mutate a value, is
49 //! one of the key language elements that enables Rust to reason strongly about pointer aliasing,
50 //! statically preventing crash bugs. Because of that, inherited mutability is preferred, and
51 //! interior mutability is something of a last resort. Since cell types enable mutation where it
52 //! would otherwise be disallowed though, there are occasions when interior mutability might be
53 //! appropriate, or even *must* be used, e.g.
54 //!
55 //! * Introducing mutability 'inside' of something immutable
56 //! * Implementation details of logically-immutable methods.
57 //! * Mutating implementations of `Clone`.
58 //!
59 //! ## Introducing mutability 'inside' of something immutable
60 //!
61 //! Many shared smart pointer types, including `Rc<T>` and `Arc<T>`, provide containers that can be
62 //! cloned and shared between multiple parties. Because the contained values may be
63 //! multiply-aliased, they can only be borrowed with `&`, not `&mut`. Without cells it would be
64 //! impossible to mutate data inside of these smart pointers at all.
65 //!
66 //! It's very common then to put a `RefCell<T>` inside shared pointer types to reintroduce
67 //! mutability:
68 //!
69 //! ```
70 //! use std::cell::{RefCell, RefMut};
71 //! use std::collections::HashMap;
72 //! use std::rc::Rc;
73 //!
74 //! fn main() {
75 //!     let shared_map: Rc<RefCell<_>> = Rc::new(RefCell::new(HashMap::new()));
76 //!     // Create a new block to limit the scope of the dynamic borrow
77 //!     {
78 //!         let mut map: RefMut<_> = shared_map.borrow_mut();
79 //!         map.insert("africa", 92388);
80 //!         map.insert("kyoto", 11837);
81 //!         map.insert("piccadilly", 11826);
82 //!         map.insert("marbles", 38);
83 //!     }
84 //!
85 //!     // Note that if we had not let the previous borrow of the cache fall out
86 //!     // of scope then the subsequent borrow would cause a dynamic thread panic.
87 //!     // This is the major hazard of using `RefCell`.
88 //!     let total: i32 = shared_map.borrow().values().sum();
89 //!     println!("{}", total);
90 //! }
91 //! ```
92 //!
93 //! Note that this example uses `Rc<T>` and not `Arc<T>`. `RefCell<T>`s are for single-threaded
94 //! scenarios. Consider using `RwLock<T>` or `Mutex<T>` if you need shared mutability in a
95 //! multi-threaded situation.
96 //!
97 //! ## Implementation details of logically-immutable methods
98 //!
99 //! Occasionally it may be desirable not to expose in an API that there is mutation happening
100 //! "under the hood". This may be because logically the operation is immutable, but e.g., caching
101 //! forces the implementation to perform mutation; or because you must employ mutation to implement
102 //! a trait method that was originally defined to take `&self`.
103 //!
104 //! ```
105 //! # #![allow(dead_code)]
106 //! use std::cell::RefCell;
107 //!
108 //! struct Graph {
109 //!     edges: Vec<(i32, i32)>,
110 //!     span_tree_cache: RefCell<Option<Vec<(i32, i32)>>>
111 //! }
112 //!
113 //! impl Graph {
114 //!     fn minimum_spanning_tree(&self) -> Vec<(i32, i32)> {
115 //!         self.span_tree_cache.borrow_mut()
116 //!             .get_or_insert_with(|| self.calc_span_tree())
117 //!             .clone()
118 //!     }
119 //!
120 //!     fn calc_span_tree(&self) -> Vec<(i32, i32)> {
121 //!         // Expensive computation goes here
122 //!         vec![]
123 //!     }
124 //! }
125 //! ```
126 //!
127 //! ## Mutating implementations of `Clone`
128 //!
129 //! This is simply a special - but common - case of the previous: hiding mutability for operations
130 //! that appear to be immutable. The `clone` method is expected to not change the source value, and
131 //! is declared to take `&self`, not `&mut self`. Therefore, any mutation that happens in the
132 //! `clone` method must use cell types. For example, `Rc<T>` maintains its reference counts within a
133 //! `Cell<T>`.
134 //!
135 //! ```
136 //! use std::cell::Cell;
137 //! use std::ptr::NonNull;
138 //! use std::process::abort;
139 //! use std::marker::PhantomData;
140 //!
141 //! struct Rc<T: ?Sized> {
142 //!     ptr: NonNull<RcBox<T>>,
143 //!     phantom: PhantomData<RcBox<T>>,
144 //! }
145 //!
146 //! struct RcBox<T: ?Sized> {
147 //!     strong: Cell<usize>,
148 //!     refcount: Cell<usize>,
149 //!     value: T,
150 //! }
151 //!
152 //! impl<T: ?Sized> Clone for Rc<T> {
153 //!     fn clone(&self) -> Rc<T> {
154 //!         self.inc_strong();
155 //!         Rc {
156 //!             ptr: self.ptr,
157 //!             phantom: PhantomData,
158 //!         }
159 //!     }
160 //! }
161 //!
162 //! trait RcBoxPtr<T: ?Sized> {
163 //!
164 //!     fn inner(&self) -> &RcBox<T>;
165 //!
166 //!     fn strong(&self) -> usize {
167 //!         self.inner().strong.get()
168 //!     }
169 //!
170 //!     fn inc_strong(&self) {
171 //!         self.inner()
172 //!             .strong
173 //!             .set(self.strong()
174 //!                      .checked_add(1)
175 //!                      .unwrap_or_else(|| abort() ));
176 //!     }
177 //! }
178 //!
179 //! impl<T: ?Sized> RcBoxPtr<T> for Rc<T> {
180 //!    fn inner(&self) -> &RcBox<T> {
181 //!        unsafe {
182 //!            self.ptr.as_ref()
183 //!        }
184 //!    }
185 //! }
186 //! ```
187 //!
188
189 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
190
191 use crate::cmp::Ordering;
192 use crate::fmt::{self, Debug, Display};
193 use crate::marker::Unsize;
194 use crate::mem;
195 use crate::ops::{CoerceUnsized, Deref, DerefMut};
196 use crate::ptr;
197
198 /// A mutable memory location.
199 ///
200 /// # Examples
201 ///
202 /// In this example, you can see that `Cell<T>` enables mutation inside an
203 /// immutable struct. In other words, it enables "interior mutability".
204 ///
205 /// ```
206 /// use std::cell::Cell;
207 ///
208 /// struct SomeStruct {
209 ///     regular_field: u8,
210 ///     special_field: Cell<u8>,
211 /// }
212 ///
213 /// let my_struct = SomeStruct {
214 ///     regular_field: 0,
215 ///     special_field: Cell::new(1),
216 /// };
217 ///
218 /// let new_value = 100;
219 ///
220 /// // ERROR: `my_struct` is immutable
221 /// // my_struct.regular_field = new_value;
222 ///
223 /// // WORKS: although `my_struct` is immutable, `special_field` is a `Cell`,
224 /// // which can always be mutated
225 /// my_struct.special_field.set(new_value);
226 /// assert_eq!(my_struct.special_field.get(), new_value);
227 /// ```
228 ///
229 /// See the [module-level documentation](self) for more.
230 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
231 #[repr(transparent)]
232 pub struct Cell<T: ?Sized> {
233     value: UnsafeCell<T>,
234 }
235
236 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
237 unsafe impl<T: ?Sized> Send for Cell<T> where T: Send {}
238
239 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
240 impl<T: ?Sized> !Sync for Cell<T> {}
241
242 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
243 impl<T: Copy> Clone for Cell<T> {
244     #[inline]
245     fn clone(&self) -> Cell<T> {
246         Cell::new(self.get())
247     }
248 }
249
250 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
251 impl<T: Default> Default for Cell<T> {
252     /// Creates a `Cell<T>`, with the `Default` value for T.
253     #[inline]
254     fn default() -> Cell<T> {
255         Cell::new(Default::default())
256     }
257 }
258
259 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
260 impl<T: PartialEq + Copy> PartialEq for Cell<T> {
261     #[inline]
262     fn eq(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
263         self.get() == other.get()
264     }
265 }
266
267 #[stable(feature = "cell_eq", since = "1.2.0")]
268 impl<T: Eq + Copy> Eq for Cell<T> {}
269
270 #[stable(feature = "cell_ord", since = "1.10.0")]
271 impl<T: PartialOrd + Copy> PartialOrd for Cell<T> {
272     #[inline]
273     fn partial_cmp(&self, other: &Cell<T>) -> Option<Ordering> {
274         self.get().partial_cmp(&other.get())
275     }
276
277     #[inline]
278     fn lt(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
279         self.get() < other.get()
280     }
281
282     #[inline]
283     fn le(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
284         self.get() <= other.get()
285     }
286
287     #[inline]
288     fn gt(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
289         self.get() > other.get()
290     }
291
292     #[inline]
293     fn ge(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
294         self.get() >= other.get()
295     }
296 }
297
298 #[stable(feature = "cell_ord", since = "1.10.0")]
299 impl<T: Ord + Copy> Ord for Cell<T> {
300     #[inline]
301     fn cmp(&self, other: &Cell<T>) -> Ordering {
302         self.get().cmp(&other.get())
303     }
304 }
305
306 #[stable(feature = "cell_from", since = "1.12.0")]
307 impl<T> From<T> for Cell<T> {
308     fn from(t: T) -> Cell<T> {
309         Cell::new(t)
310     }
311 }
312
313 impl<T> Cell<T> {
314     /// Creates a new `Cell` containing the given value.
315     ///
316     /// # Examples
317     ///
318     /// ```
319     /// use std::cell::Cell;
320     ///
321     /// let c = Cell::new(5);
322     /// ```
323     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
324     #[rustc_const_stable(feature = "const_cell_new", since = "1.32.0")]
325     #[inline]
326     pub const fn new(value: T) -> Cell<T> {
327         Cell { value: UnsafeCell::new(value) }
328     }
329
330     /// Sets the contained value.
331     ///
332     /// # Examples
333     ///
334     /// ```
335     /// use std::cell::Cell;
336     ///
337     /// let c = Cell::new(5);
338     ///
339     /// c.set(10);
340     /// ```
341     #[inline]
342     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
343     pub fn set(&self, val: T) {
344         let old = self.replace(val);
345         drop(old);
346     }
347
348     /// Swaps the values of two Cells.
349     /// Difference with `std::mem::swap` is that this function doesn't require `&mut` reference.
350     ///
351     /// # Examples
352     ///
353     /// ```
354     /// use std::cell::Cell;
355     ///
356     /// let c1 = Cell::new(5i32);
357     /// let c2 = Cell::new(10i32);
358     /// c1.swap(&c2);
359     /// assert_eq!(10, c1.get());
360     /// assert_eq!(5, c2.get());
361     /// ```
362     #[inline]
363     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
364     pub fn swap(&self, other: &Self) {
365         if ptr::eq(self, other) {
366             return;
367         }
368         // SAFETY: This can be risky if called from separate threads, but `Cell`
369         // is `!Sync` so this won't happen. This also won't invalidate any
370         // pointers since `Cell` makes sure nothing else will be pointing into
371         // either of these `Cell`s.
372         unsafe {
373             ptr::swap(self.value.get(), other.value.get());
374         }
375     }
376
377     /// Replaces the contained value, and returns it.
378     ///
379     /// # Examples
380     ///
381     /// ```
382     /// use std::cell::Cell;
383     ///
384     /// let cell = Cell::new(5);
385     /// assert_eq!(cell.get(), 5);
386     /// assert_eq!(cell.replace(10), 5);
387     /// assert_eq!(cell.get(), 10);
388     /// ```
389     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
390     pub fn replace(&self, val: T) -> T {
391         // SAFETY: This can cause data races if called from a separate thread,
392         // but `Cell` is `!Sync` so this won't happen.
393         mem::replace(unsafe { &mut *self.value.get() }, val)
394     }
395
396     /// Unwraps the value.
397     ///
398     /// # Examples
399     ///
400     /// ```
401     /// use std::cell::Cell;
402     ///
403     /// let c = Cell::new(5);
404     /// let five = c.into_inner();
405     ///
406     /// assert_eq!(five, 5);
407     /// ```
408     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
409     #[rustc_const_unstable(feature = "const_cell_into_inner", issue = "78729")]
410     pub const fn into_inner(self) -> T {
411         self.value.into_inner()
412     }
413 }
414
415 impl<T: Copy> Cell<T> {
416     /// Returns a copy of the contained value.
417     ///
418     /// # Examples
419     ///
420     /// ```
421     /// use std::cell::Cell;
422     ///
423     /// let c = Cell::new(5);
424     ///
425     /// let five = c.get();
426     /// ```
427     #[inline]
428     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
429     pub fn get(&self) -> T {
430         // SAFETY: This can cause data races if called from a separate thread,
431         // but `Cell` is `!Sync` so this won't happen.
432         unsafe { *self.value.get() }
433     }
434
435     /// Updates the contained value using a function and returns the new value.
436     ///
437     /// # Examples
438     ///
439     /// ```
440     /// #![feature(cell_update)]
441     ///
442     /// use std::cell::Cell;
443     ///
444     /// let c = Cell::new(5);
445     /// let new = c.update(|x| x + 1);
446     ///
447     /// assert_eq!(new, 6);
448     /// assert_eq!(c.get(), 6);
449     /// ```
450     #[inline]
451     #[unstable(feature = "cell_update", issue = "50186")]
452     pub fn update<F>(&self, f: F) -> T
453     where
454         F: FnOnce(T) -> T,
455     {
456         let old = self.get();
457         let new = f(old);
458         self.set(new);
459         new
460     }
461 }
462
463 impl<T: ?Sized> Cell<T> {
464     /// Returns a raw pointer to the underlying data in this cell.
465     ///
466     /// # Examples
467     ///
468     /// ```
469     /// use std::cell::Cell;
470     ///
471     /// let c = Cell::new(5);
472     ///
473     /// let ptr = c.as_ptr();
474     /// ```
475     #[inline]
476     #[stable(feature = "cell_as_ptr", since = "1.12.0")]
477     #[rustc_const_stable(feature = "const_cell_as_ptr", since = "1.32.0")]
478     pub const fn as_ptr(&self) -> *mut T {
479         self.value.get()
480     }
481
482     /// Returns a mutable reference to the underlying data.
483     ///
484     /// This call borrows `Cell` mutably (at compile-time) which guarantees
485     /// that we possess the only reference.
486     ///
487     /// # Examples
488     ///
489     /// ```
490     /// use std::cell::Cell;
491     ///
492     /// let mut c = Cell::new(5);
493     /// *c.get_mut() += 1;
494     ///
495     /// assert_eq!(c.get(), 6);
496     /// ```
497     #[inline]
498     #[stable(feature = "cell_get_mut", since = "1.11.0")]
499     pub fn get_mut(&mut self) -> &mut T {
500         self.value.get_mut()
501     }
502
503     /// Returns a `&Cell<T>` from a `&mut T`
504     ///
505     /// # Examples
506     ///
507     /// ```
508     /// use std::cell::Cell;
509     ///
510     /// let slice: &mut [i32] = &mut [1, 2, 3];
511     /// let cell_slice: &Cell<[i32]> = Cell::from_mut(slice);
512     /// let slice_cell: &[Cell<i32>] = cell_slice.as_slice_of_cells();
513     ///
514     /// assert_eq!(slice_cell.len(), 3);
515     /// ```
516     #[inline]
517     #[stable(feature = "as_cell", since = "1.37.0")]
518     pub fn from_mut(t: &mut T) -> &Cell<T> {
519         // SAFETY: `&mut` ensures unique access.
520         unsafe { &*(t as *mut T as *const Cell<T>) }
521     }
522 }
523
524 impl<T: Default> Cell<T> {
525     /// Takes the value of the cell, leaving `Default::default()` in its place.
526     ///
527     /// # Examples
528     ///
529     /// ```
530     /// use std::cell::Cell;
531     ///
532     /// let c = Cell::new(5);
533     /// let five = c.take();
534     ///
535     /// assert_eq!(five, 5);
536     /// assert_eq!(c.into_inner(), 0);
537     /// ```
538     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
539     pub fn take(&self) -> T {
540         self.replace(Default::default())
541     }
542 }
543
544 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
545 impl<T: CoerceUnsized<U>, U> CoerceUnsized<Cell<U>> for Cell<T> {}
546
547 impl<T> Cell<[T]> {
548     /// Returns a `&[Cell<T>]` from a `&Cell<[T]>`
549     ///
550     /// # Examples
551     ///
552     /// ```
553     /// use std::cell::Cell;
554     ///
555     /// let slice: &mut [i32] = &mut [1, 2, 3];
556     /// let cell_slice: &Cell<[i32]> = Cell::from_mut(slice);
557     /// let slice_cell: &[Cell<i32>] = cell_slice.as_slice_of_cells();
558     ///
559     /// assert_eq!(slice_cell.len(), 3);
560     /// ```
561     #[stable(feature = "as_cell", since = "1.37.0")]
562     pub fn as_slice_of_cells(&self) -> &[Cell<T>] {
563         // SAFETY: `Cell<T>` has the same memory layout as `T`.
564         unsafe { &*(self as *const Cell<[T]> as *const [Cell<T>]) }
565     }
566 }
567
568 /// A mutable memory location with dynamically checked borrow rules
569 ///
570 /// See the [module-level documentation](self) for more.
571 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
572 pub struct RefCell<T: ?Sized> {
573     borrow: Cell<BorrowFlag>,
574     value: UnsafeCell<T>,
575 }
576
577 /// An error returned by [`RefCell::try_borrow`].
578 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
579 pub struct BorrowError {
580     _private: (),
581 }
582
583 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
584 impl Debug for BorrowError {
585     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
586         f.debug_struct("BorrowError").finish()
587     }
588 }
589
590 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
591 impl Display for BorrowError {
592     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
593         Display::fmt("already mutably borrowed", f)
594     }
595 }
596
597 /// An error returned by [`RefCell::try_borrow_mut`].
598 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
599 pub struct BorrowMutError {
600     _private: (),
601 }
602
603 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
604 impl Debug for BorrowMutError {
605     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
606         f.debug_struct("BorrowMutError").finish()
607     }
608 }
609
610 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
611 impl Display for BorrowMutError {
612     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
613         Display::fmt("already borrowed", f)
614     }
615 }
616
617 // Positive values represent the number of `Ref` active. Negative values
618 // represent the number of `RefMut` active. Multiple `RefMut`s can only be
619 // active at a time if they refer to distinct, nonoverlapping components of a
620 // `RefCell` (e.g., different ranges of a slice).
621 //
622 // `Ref` and `RefMut` are both two words in size, and so there will likely never
623 // be enough `Ref`s or `RefMut`s in existence to overflow half of the `usize`
624 // range. Thus, a `BorrowFlag` will probably never overflow or underflow.
625 // However, this is not a guarantee, as a pathological program could repeatedly
626 // create and then mem::forget `Ref`s or `RefMut`s. Thus, all code must
627 // explicitly check for overflow and underflow in order to avoid unsafety, or at
628 // least behave correctly in the event that overflow or underflow happens (e.g.,
629 // see BorrowRef::new).
630 type BorrowFlag = isize;
631 const UNUSED: BorrowFlag = 0;
632
633 #[inline(always)]
634 fn is_writing(x: BorrowFlag) -> bool {
635     x < UNUSED
636 }
637
638 #[inline(always)]
639 fn is_reading(x: BorrowFlag) -> bool {
640     x > UNUSED
641 }
642
643 impl<T> RefCell<T> {
644     /// Creates a new `RefCell` containing `value`.
645     ///
646     /// # Examples
647     ///
648     /// ```
649     /// use std::cell::RefCell;
650     ///
651     /// let c = RefCell::new(5);
652     /// ```
653     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
654     #[rustc_const_stable(feature = "const_refcell_new", since = "1.32.0")]
655     #[inline]
656     pub const fn new(value: T) -> RefCell<T> {
657         RefCell { value: UnsafeCell::new(value), borrow: Cell::new(UNUSED) }
658     }
659
660     /// Consumes the `RefCell`, returning the wrapped value.
661     ///
662     /// # Examples
663     ///
664     /// ```
665     /// use std::cell::RefCell;
666     ///
667     /// let c = RefCell::new(5);
668     ///
669     /// let five = c.into_inner();
670     /// ```
671     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
672     #[rustc_const_unstable(feature = "const_cell_into_inner", issue = "78729")]
673     #[inline]
674     pub const fn into_inner(self) -> T {
675         // Since this function takes `self` (the `RefCell`) by value, the
676         // compiler statically verifies that it is not currently borrowed.
677         self.value.into_inner()
678     }
679
680     /// Replaces the wrapped value with a new one, returning the old value,
681     /// without deinitializing either one.
682     ///
683     /// This function corresponds to [`std::mem::replace`](../mem/fn.replace.html).
684     ///
685     /// # Panics
686     ///
687     /// Panics if the value is currently borrowed.
688     ///
689     /// # Examples
690     ///
691     /// ```
692     /// use std::cell::RefCell;
693     /// let cell = RefCell::new(5);
694     /// let old_value = cell.replace(6);
695     /// assert_eq!(old_value, 5);
696     /// assert_eq!(cell, RefCell::new(6));
697     /// ```
698     #[inline]
699     #[stable(feature = "refcell_replace", since = "1.24.0")]
700     #[track_caller]
701     pub fn replace(&self, t: T) -> T {
702         mem::replace(&mut *self.borrow_mut(), t)
703     }
704
705     /// Replaces the wrapped value with a new one computed from `f`, returning
706     /// the old value, without deinitializing either one.
707     ///
708     /// # Panics
709     ///
710     /// Panics if the value is currently borrowed.
711     ///
712     /// # Examples
713     ///
714     /// ```
715     /// use std::cell::RefCell;
716     /// let cell = RefCell::new(5);
717     /// let old_value = cell.replace_with(|&mut old| old + 1);
718     /// assert_eq!(old_value, 5);
719     /// assert_eq!(cell, RefCell::new(6));
720     /// ```
721     #[inline]
722     #[stable(feature = "refcell_replace_swap", since = "1.35.0")]
723     #[track_caller]
724     pub fn replace_with<F: FnOnce(&mut T) -> T>(&self, f: F) -> T {
725         let mut_borrow = &mut *self.borrow_mut();
726         let replacement = f(mut_borrow);
727         mem::replace(mut_borrow, replacement)
728     }
729
730     /// Swaps the wrapped value of `self` with the wrapped value of `other`,
731     /// without deinitializing either one.
732     ///
733     /// This function corresponds to [`std::mem::swap`](../mem/fn.swap.html).
734     ///
735     /// # Panics
736     ///
737     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
738     ///
739     /// # Examples
740     ///
741     /// ```
742     /// use std::cell::RefCell;
743     /// let c = RefCell::new(5);
744     /// let d = RefCell::new(6);
745     /// c.swap(&d);
746     /// assert_eq!(c, RefCell::new(6));
747     /// assert_eq!(d, RefCell::new(5));
748     /// ```
749     #[inline]
750     #[stable(feature = "refcell_swap", since = "1.24.0")]
751     pub fn swap(&self, other: &Self) {
752         mem::swap(&mut *self.borrow_mut(), &mut *other.borrow_mut())
753     }
754 }
755
756 impl<T: ?Sized> RefCell<T> {
757     /// Immutably borrows the wrapped value.
758     ///
759     /// The borrow lasts until the returned `Ref` exits scope. Multiple
760     /// immutable borrows can be taken out at the same time.
761     ///
762     /// # Panics
763     ///
764     /// Panics if the value is currently mutably borrowed. For a non-panicking variant, use
765     /// [`try_borrow`](#method.try_borrow).
766     ///
767     /// # Examples
768     ///
769     /// ```
770     /// use std::cell::RefCell;
771     ///
772     /// let c = RefCell::new(5);
773     ///
774     /// let borrowed_five = c.borrow();
775     /// let borrowed_five2 = c.borrow();
776     /// ```
777     ///
778     /// An example of panic:
779     ///
780     /// ```should_panic
781     /// use std::cell::RefCell;
782     ///
783     /// let c = RefCell::new(5);
784     ///
785     /// let m = c.borrow_mut();
786     /// let b = c.borrow(); // this causes a panic
787     /// ```
788     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
789     #[inline]
790     #[track_caller]
791     pub fn borrow(&self) -> Ref<'_, T> {
792         self.try_borrow().expect("already mutably borrowed")
793     }
794
795     /// Immutably borrows the wrapped value, returning an error if the value is currently mutably
796     /// borrowed.
797     ///
798     /// The borrow lasts until the returned `Ref` exits scope. Multiple immutable borrows can be
799     /// taken out at the same time.
800     ///
801     /// This is the non-panicking variant of [`borrow`](#method.borrow).
802     ///
803     /// # Examples
804     ///
805     /// ```
806     /// use std::cell::RefCell;
807     ///
808     /// let c = RefCell::new(5);
809     ///
810     /// {
811     ///     let m = c.borrow_mut();
812     ///     assert!(c.try_borrow().is_err());
813     /// }
814     ///
815     /// {
816     ///     let m = c.borrow();
817     ///     assert!(c.try_borrow().is_ok());
818     /// }
819     /// ```
820     #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
821     #[inline]
822     pub fn try_borrow(&self) -> Result<Ref<'_, T>, BorrowError> {
823         match BorrowRef::new(&self.borrow) {
824             // SAFETY: `BorrowRef` ensures that there is only immutable access
825             // to the value while borrowed.
826             Some(b) => Ok(Ref { value: unsafe { &*self.value.get() }, borrow: b }),
827             None => Err(BorrowError { _private: () }),
828         }
829     }
830
831     /// Mutably borrows the wrapped value.
832     ///
833     /// The borrow lasts until the returned `RefMut` or all `RefMut`s derived
834     /// from it exit scope. The value cannot be borrowed while this borrow is
835     /// active.
836     ///
837     /// # Panics
838     ///
839     /// Panics if the value is currently borrowed. For a non-panicking variant, use
840     /// [`try_borrow_mut`](#method.try_borrow_mut).
841     ///
842     /// # Examples
843     ///
844     /// ```
845     /// use std::cell::RefCell;
846     ///
847     /// let c = RefCell::new("hello".to_owned());
848     ///
849     /// *c.borrow_mut() = "bonjour".to_owned();
850     ///
851     /// assert_eq!(&*c.borrow(), "bonjour");
852     /// ```
853     ///
854     /// An example of panic:
855     ///
856     /// ```should_panic
857     /// use std::cell::RefCell;
858     ///
859     /// let c = RefCell::new(5);
860     /// let m = c.borrow();
861     ///
862     /// let b = c.borrow_mut(); // this causes a panic
863     /// ```
864     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
865     #[inline]
866     #[track_caller]
867     pub fn borrow_mut(&self) -> RefMut<'_, T> {
868         self.try_borrow_mut().expect("already borrowed")
869     }
870
871     /// Mutably borrows the wrapped value, returning an error if the value is currently borrowed.
872     ///
873     /// The borrow lasts until the returned `RefMut` or all `RefMut`s derived
874     /// from it exit scope. The value cannot be borrowed while this borrow is
875     /// active.
876     ///
877     /// This is the non-panicking variant of [`borrow_mut`](#method.borrow_mut).
878     ///
879     /// # Examples
880     ///
881     /// ```
882     /// use std::cell::RefCell;
883     ///
884     /// let c = RefCell::new(5);
885     ///
886     /// {
887     ///     let m = c.borrow();
888     ///     assert!(c.try_borrow_mut().is_err());
889     /// }
890     ///
891     /// assert!(c.try_borrow_mut().is_ok());
892     /// ```
893     #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
894     #[inline]
895     pub fn try_borrow_mut(&self) -> Result<RefMut<'_, T>, BorrowMutError> {
896         match BorrowRefMut::new(&self.borrow) {
897             // SAFETY: `BorrowRef` guarantees unique access.
898             Some(b) => Ok(RefMut { value: unsafe { &mut *self.value.get() }, borrow: b }),
899             None => Err(BorrowMutError { _private: () }),
900         }
901     }
902
903     /// Returns a raw pointer to the underlying data in this cell.
904     ///
905     /// # Examples
906     ///
907     /// ```
908     /// use std::cell::RefCell;
909     ///
910     /// let c = RefCell::new(5);
911     ///
912     /// let ptr = c.as_ptr();
913     /// ```
914     #[inline]
915     #[stable(feature = "cell_as_ptr", since = "1.12.0")]
916     pub fn as_ptr(&self) -> *mut T {
917         self.value.get()
918     }
919
920     /// Returns a mutable reference to the underlying data.
921     ///
922     /// This call borrows `RefCell` mutably (at compile-time) so there is no
923     /// need for dynamic checks.
924     ///
925     /// However be cautious: this method expects `self` to be mutable, which is
926     /// generally not the case when using a `RefCell`. Take a look at the
927     /// [`borrow_mut`] method instead if `self` isn't mutable.
928     ///
929     /// Also, please be aware that this method is only for special circumstances and is usually
930     /// not what you want. In case of doubt, use [`borrow_mut`] instead.
931     ///
932     /// [`borrow_mut`]: #method.borrow_mut
933     ///
934     /// # Examples
935     ///
936     /// ```
937     /// use std::cell::RefCell;
938     ///
939     /// let mut c = RefCell::new(5);
940     /// *c.get_mut() += 1;
941     ///
942     /// assert_eq!(c, RefCell::new(6));
943     /// ```
944     #[inline]
945     #[stable(feature = "cell_get_mut", since = "1.11.0")]
946     pub fn get_mut(&mut self) -> &mut T {
947         self.value.get_mut()
948     }
949
950     /// Undo the effect of leaked guards on the borrow state of the `RefCell`.
951     ///
952     /// This call is similar to [`get_mut`] but more specialized. It borrows `RefCell` mutably to
953     /// ensure no borrows exist and then resets the state tracking shared borrows. This is relevant
954     /// if some `Ref` or `RefMut` borrows have been leaked.
955     ///
956     /// [`get_mut`]: #method.get_mut
957     ///
958     /// # Examples
959     ///
960     /// ```
961     /// #![feature(cell_leak)]
962     /// use std::cell::RefCell;
963     ///
964     /// let mut c = RefCell::new(0);
965     /// std::mem::forget(c.borrow_mut());
966     ///
967     /// assert!(c.try_borrow().is_err());
968     /// c.undo_leak();
969     /// assert!(c.try_borrow().is_ok());
970     /// ```
971     #[unstable(feature = "cell_leak", issue = "69099")]
972     pub fn undo_leak(&mut self) -> &mut T {
973         *self.borrow.get_mut() = UNUSED;
974         self.get_mut()
975     }
976
977     /// Immutably borrows the wrapped value, returning an error if the value is
978     /// currently mutably borrowed.
979     ///
980     /// # Safety
981     ///
982     /// Unlike `RefCell::borrow`, this method is unsafe because it does not
983     /// return a `Ref`, thus leaving the borrow flag untouched. Mutably
984     /// borrowing the `RefCell` while the reference returned by this method
985     /// is alive is undefined behaviour.
986     ///
987     /// # Examples
988     ///
989     /// ```
990     /// use std::cell::RefCell;
991     ///
992     /// let c = RefCell::new(5);
993     ///
994     /// {
995     ///     let m = c.borrow_mut();
996     ///     assert!(unsafe { c.try_borrow_unguarded() }.is_err());
997     /// }
998     ///
999     /// {
1000     ///     let m = c.borrow();
1001     ///     assert!(unsafe { c.try_borrow_unguarded() }.is_ok());
1002     /// }
1003     /// ```
1004     #[stable(feature = "borrow_state", since = "1.37.0")]
1005     #[inline]
1006     pub unsafe fn try_borrow_unguarded(&self) -> Result<&T, BorrowError> {
1007         if !is_writing(self.borrow.get()) {
1008             // SAFETY: We check that nobody is actively writing now, but it is
1009             // the caller's responsibility to ensure that nobody writes until
1010             // the returned reference is no longer in use.
1011             // Also, `self.value.get()` refers to the value owned by `self`
1012             // and is thus guaranteed to be valid for the lifetime of `self`.
1013             Ok(unsafe { &*self.value.get() })
1014         } else {
1015             Err(BorrowError { _private: () })
1016         }
1017     }
1018 }
1019
1020 impl<T: Default> RefCell<T> {
1021     /// Takes the wrapped value, leaving `Default::default()` in its place.
1022     ///
1023     /// # Panics
1024     ///
1025     /// Panics if the value is currently borrowed.
1026     ///
1027     /// # Examples
1028     ///
1029     /// ```
1030     /// use std::cell::RefCell;
1031     ///
1032     /// let c = RefCell::new(5);
1033     /// let five = c.take();
1034     ///
1035     /// assert_eq!(five, 5);
1036     /// assert_eq!(c.into_inner(), 0);
1037     /// ```
1038     #[stable(feature = "refcell_take", since = "1.50.0")]
1039     pub fn take(&self) -> T {
1040         self.replace(Default::default())
1041     }
1042 }
1043
1044 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1045 unsafe impl<T: ?Sized> Send for RefCell<T> where T: Send {}
1046
1047 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1048 impl<T: ?Sized> !Sync for RefCell<T> {}
1049
1050 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1051 impl<T: Clone> Clone for RefCell<T> {
1052     /// # Panics
1053     ///
1054     /// Panics if the value is currently mutably borrowed.
1055     #[inline]
1056     #[track_caller]
1057     fn clone(&self) -> RefCell<T> {
1058         RefCell::new(self.borrow().clone())
1059     }
1060 }
1061
1062 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1063 impl<T: Default> Default for RefCell<T> {
1064     /// Creates a `RefCell<T>`, with the `Default` value for T.
1065     #[inline]
1066     fn default() -> RefCell<T> {
1067         RefCell::new(Default::default())
1068     }
1069 }
1070
1071 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1072 impl<T: ?Sized + PartialEq> PartialEq for RefCell<T> {
1073     /// # Panics
1074     ///
1075     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1076     #[inline]
1077     fn eq(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1078         *self.borrow() == *other.borrow()
1079     }
1080 }
1081
1082 #[stable(feature = "cell_eq", since = "1.2.0")]
1083 impl<T: ?Sized + Eq> Eq for RefCell<T> {}
1084
1085 #[stable(feature = "cell_ord", since = "1.10.0")]
1086 impl<T: ?Sized + PartialOrd> PartialOrd for RefCell<T> {
1087     /// # Panics
1088     ///
1089     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1090     #[inline]
1091     fn partial_cmp(&self, other: &RefCell<T>) -> Option<Ordering> {
1092         self.borrow().partial_cmp(&*other.borrow())
1093     }
1094
1095     /// # Panics
1096     ///
1097     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1098     #[inline]
1099     fn lt(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1100         *self.borrow() < *other.borrow()
1101     }
1102
1103     /// # Panics
1104     ///
1105     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1106     #[inline]
1107     fn le(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1108         *self.borrow() <= *other.borrow()
1109     }
1110
1111     /// # Panics
1112     ///
1113     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1114     #[inline]
1115     fn gt(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1116         *self.borrow() > *other.borrow()
1117     }
1118
1119     /// # Panics
1120     ///
1121     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1122     #[inline]
1123     fn ge(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1124         *self.borrow() >= *other.borrow()
1125     }
1126 }
1127
1128 #[stable(feature = "cell_ord", since = "1.10.0")]
1129 impl<T: ?Sized + Ord> Ord for RefCell<T> {
1130     /// # Panics
1131     ///
1132     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1133     #[inline]
1134     fn cmp(&self, other: &RefCell<T>) -> Ordering {
1135         self.borrow().cmp(&*other.borrow())
1136     }
1137 }
1138
1139 #[stable(feature = "cell_from", since = "1.12.0")]
1140 impl<T> From<T> for RefCell<T> {
1141     fn from(t: T) -> RefCell<T> {
1142         RefCell::new(t)
1143     }
1144 }
1145
1146 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
1147 impl<T: CoerceUnsized<U>, U> CoerceUnsized<RefCell<U>> for RefCell<T> {}
1148
1149 struct BorrowRef<'b> {
1150     borrow: &'b Cell<BorrowFlag>,
1151 }
1152
1153 impl<'b> BorrowRef<'b> {
1154     #[inline]
1155     fn new(borrow: &'b Cell<BorrowFlag>) -> Option<BorrowRef<'b>> {
1156         let b = borrow.get().wrapping_add(1);
1157         if !is_reading(b) {
1158             // Incrementing borrow can result in a non-reading value (<= 0) in these cases:
1159             // 1. It was < 0, i.e. there are writing borrows, so we can't allow a read borrow
1160             //    due to Rust's reference aliasing rules
1161             // 2. It was isize::MAX (the max amount of reading borrows) and it overflowed
1162             //    into isize::MIN (the max amount of writing borrows) so we can't allow
1163             //    an additional read borrow because isize can't represent so many read borrows
1164             //    (this can only happen if you mem::forget more than a small constant amount of
1165             //    `Ref`s, which is not good practice)
1166             None
1167         } else {
1168             // Incrementing borrow can result in a reading value (> 0) in these cases:
1169             // 1. It was = 0, i.e. it wasn't borrowed, and we are taking the first read borrow
1170             // 2. It was > 0 and < isize::MAX, i.e. there were read borrows, and isize
1171             //    is large enough to represent having one more read borrow
1172             borrow.set(b);
1173             Some(BorrowRef { borrow })
1174         }
1175     }
1176 }
1177
1178 impl Drop for BorrowRef<'_> {
1179     #[inline]
1180     fn drop(&mut self) {
1181         let borrow = self.borrow.get();
1182         debug_assert!(is_reading(borrow));
1183         self.borrow.set(borrow - 1);
1184     }
1185 }
1186
1187 impl Clone for BorrowRef<'_> {
1188     #[inline]
1189     fn clone(&self) -> Self {
1190         // Since this Ref exists, we know the borrow flag
1191         // is a reading borrow.
1192         let borrow = self.borrow.get();
1193         debug_assert!(is_reading(borrow));
1194         // Prevent the borrow counter from overflowing into
1195         // a writing borrow.
1196         assert!(borrow != isize::MAX);
1197         self.borrow.set(borrow + 1);
1198         BorrowRef { borrow: self.borrow }
1199     }
1200 }
1201
1202 /// Wraps a borrowed reference to a value in a `RefCell` box.
1203 /// A wrapper type for an immutably borrowed value from a `RefCell<T>`.
1204 ///
1205 /// See the [module-level documentation](self) for more.
1206 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1207 pub struct Ref<'b, T: ?Sized + 'b> {
1208     value: &'b T,
1209     borrow: BorrowRef<'b>,
1210 }
1211
1212 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1213 impl<T: ?Sized> Deref for Ref<'_, T> {
1214     type Target = T;
1215
1216     #[inline]
1217     fn deref(&self) -> &T {
1218         self.value
1219     }
1220 }
1221
1222 impl<'b, T: ?Sized> Ref<'b, T> {
1223     /// Copies a `Ref`.
1224     ///
1225     /// The `RefCell` is already immutably borrowed, so this cannot fail.
1226     ///
1227     /// This is an associated function that needs to be used as
1228     /// `Ref::clone(...)`. A `Clone` implementation or a method would interfere
1229     /// with the widespread use of `r.borrow().clone()` to clone the contents of
1230     /// a `RefCell`.
1231     #[stable(feature = "cell_extras", since = "1.15.0")]
1232     #[inline]
1233     pub fn clone(orig: &Ref<'b, T>) -> Ref<'b, T> {
1234         Ref { value: orig.value, borrow: orig.borrow.clone() }
1235     }
1236
1237     /// Makes a new `Ref` for a component of the borrowed data.
1238     ///
1239     /// The `RefCell` is already immutably borrowed, so this cannot fail.
1240     ///
1241     /// This is an associated function that needs to be used as `Ref::map(...)`.
1242     /// A method would interfere with methods of the same name on the contents
1243     /// of a `RefCell` used through `Deref`.
1244     ///
1245     /// # Examples
1246     ///
1247     /// ```
1248     /// use std::cell::{RefCell, Ref};
1249     ///
1250     /// let c = RefCell::new((5, 'b'));
1251     /// let b1: Ref<(u32, char)> = c.borrow();
1252     /// let b2: Ref<u32> = Ref::map(b1, |t| &t.0);
1253     /// assert_eq!(*b2, 5)
1254     /// ```
1255     #[stable(feature = "cell_map", since = "1.8.0")]
1256     #[inline]
1257     pub fn map<U: ?Sized, F>(orig: Ref<'b, T>, f: F) -> Ref<'b, U>
1258     where
1259         F: FnOnce(&T) -> &U,
1260     {
1261         Ref { value: f(orig.value), borrow: orig.borrow }
1262     }
1263
1264     /// Splits a `Ref` into multiple `Ref`s for different components of the
1265     /// borrowed data.
1266     ///
1267     /// The `RefCell` is already immutably borrowed, so this cannot fail.
1268     ///
1269     /// This is an associated function that needs to be used as
1270     /// `Ref::map_split(...)`. A method would interfere with methods of the same
1271     /// name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1272     ///
1273     /// # Examples
1274     ///
1275     /// ```
1276     /// use std::cell::{Ref, RefCell};
1277     ///
1278     /// let cell = RefCell::new([1, 2, 3, 4]);
1279     /// let borrow = cell.borrow();
1280     /// let (begin, end) = Ref::map_split(borrow, |slice| slice.split_at(2));
1281     /// assert_eq!(*begin, [1, 2]);
1282     /// assert_eq!(*end, [3, 4]);
1283     /// ```
1284     #[stable(feature = "refcell_map_split", since = "1.35.0")]
1285     #[inline]
1286     pub fn map_split<U: ?Sized, V: ?Sized, F>(orig: Ref<'b, T>, f: F) -> (Ref<'b, U>, Ref<'b, V>)
1287     where
1288         F: FnOnce(&T) -> (&U, &V),
1289     {
1290         let (a, b) = f(orig.value);
1291         let borrow = orig.borrow.clone();
1292         (Ref { value: a, borrow }, Ref { value: b, borrow: orig.borrow })
1293     }
1294
1295     /// Convert into a reference to the underlying data.
1296     ///
1297     /// The underlying `RefCell` can never be mutably borrowed from again and will always appear
1298     /// already immutably borrowed. It is not a good idea to leak more than a constant number of
1299     /// references. The `RefCell` can be immutably borrowed again if only a smaller number of leaks
1300     /// have occurred in total.
1301     ///
1302     /// This is an associated function that needs to be used as
1303     /// `Ref::leak(...)`. A method would interfere with methods of the
1304     /// same name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1305     ///
1306     /// # Examples
1307     ///
1308     /// ```
1309     /// #![feature(cell_leak)]
1310     /// use std::cell::{RefCell, Ref};
1311     /// let cell = RefCell::new(0);
1312     ///
1313     /// let value = Ref::leak(cell.borrow());
1314     /// assert_eq!(*value, 0);
1315     ///
1316     /// assert!(cell.try_borrow().is_ok());
1317     /// assert!(cell.try_borrow_mut().is_err());
1318     /// ```
1319     #[unstable(feature = "cell_leak", issue = "69099")]
1320     pub fn leak(orig: Ref<'b, T>) -> &'b T {
1321         // By forgetting this Ref we ensure that the borrow counter in the RefCell can't go back to
1322         // UNUSED within the lifetime `'b`. Resetting the reference tracking state would require a
1323         // unique reference to the borrowed RefCell. No further mutable references can be created
1324         // from the original cell.
1325         mem::forget(orig.borrow);
1326         orig.value
1327     }
1328 }
1329
1330 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
1331 impl<'b, T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Ref<'b, U>> for Ref<'b, T> {}
1332
1333 #[stable(feature = "std_guard_impls", since = "1.20.0")]
1334 impl<T: ?Sized + fmt::Display> fmt::Display for Ref<'_, T> {
1335     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1336         self.value.fmt(f)
1337     }
1338 }
1339
1340 impl<'b, T: ?Sized> RefMut<'b, T> {
1341     /// Makes a new `RefMut` for a component of the borrowed data, e.g., an enum
1342     /// variant.
1343     ///
1344     /// The `RefCell` is already mutably borrowed, so this cannot fail.
1345     ///
1346     /// This is an associated function that needs to be used as
1347     /// `RefMut::map(...)`. A method would interfere with methods of the same
1348     /// name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1349     ///
1350     /// # Examples
1351     ///
1352     /// ```
1353     /// use std::cell::{RefCell, RefMut};
1354     ///
1355     /// let c = RefCell::new((5, 'b'));
1356     /// {
1357     ///     let b1: RefMut<(u32, char)> = c.borrow_mut();
1358     ///     let mut b2: RefMut<u32> = RefMut::map(b1, |t| &mut t.0);
1359     ///     assert_eq!(*b2, 5);
1360     ///     *b2 = 42;
1361     /// }
1362     /// assert_eq!(*c.borrow(), (42, 'b'));
1363     /// ```
1364     #[stable(feature = "cell_map", since = "1.8.0")]
1365     #[inline]
1366     pub fn map<U: ?Sized, F>(orig: RefMut<'b, T>, f: F) -> RefMut<'b, U>
1367     where
1368         F: FnOnce(&mut T) -> &mut U,
1369     {
1370         // FIXME(nll-rfc#40): fix borrow-check
1371         let RefMut { value, borrow } = orig;
1372         RefMut { value: f(value), borrow }
1373     }
1374
1375     /// Splits a `RefMut` into multiple `RefMut`s for different components of the
1376     /// borrowed data.
1377     ///
1378     /// The underlying `RefCell` will remain mutably borrowed until both
1379     /// returned `RefMut`s go out of scope.
1380     ///
1381     /// The `RefCell` is already mutably borrowed, so this cannot fail.
1382     ///
1383     /// This is an associated function that needs to be used as
1384     /// `RefMut::map_split(...)`. A method would interfere with methods of the
1385     /// same name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1386     ///
1387     /// # Examples
1388     ///
1389     /// ```
1390     /// use std::cell::{RefCell, RefMut};
1391     ///
1392     /// let cell = RefCell::new([1, 2, 3, 4]);
1393     /// let borrow = cell.borrow_mut();
1394     /// let (mut begin, mut end) = RefMut::map_split(borrow, |slice| slice.split_at_mut(2));
1395     /// assert_eq!(*begin, [1, 2]);
1396     /// assert_eq!(*end, [3, 4]);
1397     /// begin.copy_from_slice(&[4, 3]);
1398     /// end.copy_from_slice(&[2, 1]);
1399     /// ```
1400     #[stable(feature = "refcell_map_split", since = "1.35.0")]
1401     #[inline]
1402     pub fn map_split<U: ?Sized, V: ?Sized, F>(
1403         orig: RefMut<'b, T>,
1404         f: F,
1405     ) -> (RefMut<'b, U>, RefMut<'b, V>)
1406     where
1407         F: FnOnce(&mut T) -> (&mut U, &mut V),
1408     {
1409         let (a, b) = f(orig.value);
1410         let borrow = orig.borrow.clone();
1411         (RefMut { value: a, borrow }, RefMut { value: b, borrow: orig.borrow })
1412     }
1413
1414     /// Convert into a mutable reference to the underlying data.
1415     ///
1416     /// The underlying `RefCell` can not be borrowed from again and will always appear already
1417     /// mutably borrowed, making the returned reference the only to the interior.
1418     ///
1419     /// This is an associated function that needs to be used as
1420     /// `RefMut::leak(...)`. A method would interfere with methods of the
1421     /// same name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1422     ///
1423     /// # Examples
1424     ///
1425     /// ```
1426     /// #![feature(cell_leak)]
1427     /// use std::cell::{RefCell, RefMut};
1428     /// let cell = RefCell::new(0);
1429     ///
1430     /// let value = RefMut::leak(cell.borrow_mut());
1431     /// assert_eq!(*value, 0);
1432     /// *value = 1;
1433     ///
1434     /// assert!(cell.try_borrow_mut().is_err());
1435     /// ```
1436     #[unstable(feature = "cell_leak", issue = "69099")]
1437     pub fn leak(orig: RefMut<'b, T>) -> &'b mut T {
1438         // By forgetting this BorrowRefMut we ensure that the borrow counter in the RefCell can't
1439         // go back to UNUSED within the lifetime `'b`. Resetting the reference tracking state would
1440         // require a unique reference to the borrowed RefCell. No further references can be created
1441         // from the original cell within that lifetime, making the current borrow the only
1442         // reference for the remaining lifetime.
1443         mem::forget(orig.borrow);
1444         orig.value
1445     }
1446 }
1447
1448 struct BorrowRefMut<'b> {
1449     borrow: &'b Cell<BorrowFlag>,
1450 }
1451
1452 impl Drop for BorrowRefMut<'_> {
1453     #[inline]
1454     fn drop(&mut self) {
1455         let borrow = self.borrow.get();
1456         debug_assert!(is_writing(borrow));
1457         self.borrow.set(borrow + 1);
1458     }
1459 }
1460
1461 impl<'b> BorrowRefMut<'b> {
1462     #[inline]
1463     fn new(borrow: &'b Cell<BorrowFlag>) -> Option<BorrowRefMut<'b>> {
1464         // NOTE: Unlike BorrowRefMut::clone, new is called to create the initial
1465         // mutable reference, and so there must currently be no existing
1466         // references. Thus, while clone increments the mutable refcount, here
1467         // we explicitly only allow going from UNUSED to UNUSED - 1.
1468         match borrow.get() {
1469             UNUSED => {
1470                 borrow.set(UNUSED - 1);
1471                 Some(BorrowRefMut { borrow })
1472             }
1473             _ => None,
1474         }
1475     }
1476
1477     // Clones a `BorrowRefMut`.
1478     //
1479     // This is only valid if each `BorrowRefMut` is used to track a mutable
1480     // reference to a distinct, nonoverlapping range of the original object.
1481     // This isn't in a Clone impl so that code doesn't call this implicitly.
1482     #[inline]
1483     fn clone(&self) -> BorrowRefMut<'b> {
1484         let borrow = self.borrow.get();
1485         debug_assert!(is_writing(borrow));
1486         // Prevent the borrow counter from underflowing.
1487         assert!(borrow != isize::MIN);
1488         self.borrow.set(borrow - 1);
1489         BorrowRefMut { borrow: self.borrow }
1490     }
1491 }
1492
1493 /// A wrapper type for a mutably borrowed value from a `RefCell<T>`.
1494 ///
1495 /// See the [module-level documentation](self) for more.
1496 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1497 pub struct RefMut<'b, T: ?Sized + 'b> {
1498     value: &'b mut T,
1499     borrow: BorrowRefMut<'b>,
1500 }
1501
1502 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1503 impl<T: ?Sized> Deref for RefMut<'_, T> {
1504     type Target = T;
1505
1506     #[inline]
1507     fn deref(&self) -> &T {
1508         self.value
1509     }
1510 }
1511
1512 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1513 impl<T: ?Sized> DerefMut for RefMut<'_, T> {
1514     #[inline]
1515     fn deref_mut(&mut self) -> &mut T {
1516         self.value
1517     }
1518 }
1519
1520 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
1521 impl<'b, T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<RefMut<'b, U>> for RefMut<'b, T> {}
1522
1523 #[stable(feature = "std_guard_impls", since = "1.20.0")]
1524 impl<T: ?Sized + fmt::Display> fmt::Display for RefMut<'_, T> {
1525     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1526         self.value.fmt(f)
1527     }
1528 }
1529
1530 /// The core primitive for interior mutability in Rust.
1531 ///
1532 /// `UnsafeCell<T>` is a type that wraps some `T` and indicates unsafe interior operations on the
1533 /// wrapped type. Types with an `UnsafeCell<T>` field are considered to have an 'unsafe interior'.
1534 /// The `UnsafeCell<T>` type is the only legal way to obtain aliasable data that is considered
1535 /// mutable. In general, transmuting an `&T` type into an `&mut T` is considered undefined behavior.
1536 ///
1537 /// If you have a reference `&SomeStruct`, then normally in Rust all fields of `SomeStruct` are
1538 /// immutable. The compiler makes optimizations based on the knowledge that `&T` is not mutably
1539 /// aliased or mutated, and that `&mut T` is unique. `UnsafeCell<T>` is the only core language
1540 /// feature to work around the restriction that `&T` may not be mutated. All other types that
1541 /// allow internal mutability, such as `Cell<T>` and `RefCell<T>`, use `UnsafeCell` to wrap their
1542 /// internal data. There is *no* legal way to obtain aliasing `&mut`, not even with `UnsafeCell<T>`.
1543 ///
1544 /// The `UnsafeCell` API itself is technically very simple: [`.get()`] gives you a raw pointer
1545 /// `*mut T` to its contents. It is up to _you_ as the abstraction designer to use that raw pointer
1546 /// correctly.
1547 ///
1548 /// [`.get()`]: `UnsafeCell::get`
1549 ///
1550 /// The precise Rust aliasing rules are somewhat in flux, but the main points are not contentious:
1551 ///
1552 /// - If you create a safe reference with lifetime `'a` (either a `&T` or `&mut T`
1553 /// reference) that is accessible by safe code (for example, because you returned it),
1554 /// then you must not access the data in any way that contradicts that reference for the
1555 /// remainder of `'a`. For example, this means that if you take the `*mut T` from an
1556 /// `UnsafeCell<T>` and cast it to an `&T`, then the data in `T` must remain immutable
1557 /// (modulo any `UnsafeCell` data found within `T`, of course) until that reference's
1558 /// lifetime expires. Similarly, if you create a `&mut T` reference that is released to
1559 /// safe code, then you must not access the data within the `UnsafeCell` until that
1560 /// reference expires.
1561 ///
1562 /// - At all times, you must avoid data races. If multiple threads have access to
1563 /// the same `UnsafeCell`, then any writes must have a proper happens-before relation to all other
1564 /// accesses (or use atomics).
1565 ///
1566 /// To assist with proper design, the following scenarios are explicitly declared legal
1567 /// for single-threaded code:
1568 ///
1569 /// 1. A `&T` reference can be released to safe code and there it can co-exist with other `&T`
1570 /// references, but not with a `&mut T`
1571 ///
1572 /// 2. A `&mut T` reference may be released to safe code provided neither other `&mut T` nor `&T`
1573 /// co-exist with it. A `&mut T` must always be unique.
1574 ///
1575 /// Note that whilst mutating the contents of an `&UnsafeCell<T>` (even while other
1576 /// `&UnsafeCell<T>` references alias the cell) is
1577 /// ok (provided you enforce the above invariants some other way), it is still undefined behavior
1578 /// to have multiple `&mut UnsafeCell<T>` aliases. That is, `UnsafeCell` is a wrapper
1579 /// designed to have a special interaction with _shared_ accesses (_i.e._, through an
1580 /// `&UnsafeCell<_>` reference); there is no magic whatsoever when dealing with _exclusive_
1581 /// accesses (_e.g._, through an `&mut UnsafeCell<_>`): neither the cell nor the wrapped value
1582 /// may be aliased for the duration of that `&mut` borrow.
1583 /// This is showcased by the [`.get_mut()`] accessor, which is a non-`unsafe` getter that yields
1584 /// a `&mut T`.
1585 ///
1586 /// [`.get_mut()`]: `UnsafeCell::get_mut`
1587 ///
1588 /// # Examples
1589 ///
1590 /// Here is an example showcasing how to soundly mutate the contents of an `UnsafeCell<_>` despite
1591 /// there being multiple references aliasing the cell:
1592 ///
1593 /// ```
1594 /// use std::cell::UnsafeCell;
1595 ///
1596 /// let x: UnsafeCell<i32> = 42.into();
1597 /// // Get multiple / concurrent / shared references to the same `x`.
1598 /// let (p1, p2): (&UnsafeCell<i32>, &UnsafeCell<i32>) = (&x, &x);
1599 ///
1600 /// unsafe {
1601 ///     // SAFETY: within this scope there are no other references to `x`'s contents,
1602 ///     // so ours is effectively unique.
1603 ///     let p1_exclusive: &mut i32 = &mut *p1.get(); // -- borrow --+
1604 ///     *p1_exclusive += 27; //                                     |
1605 /// } // <---------- cannot go beyond this point -------------------+
1606 ///
1607 /// unsafe {
1608 ///     // SAFETY: within this scope nobody expects to have exclusive access to `x`'s contents,
1609 ///     // so we can have multiple shared accesses concurrently.
1610 ///     let p2_shared: &i32 = &*p2.get();
1611 ///     assert_eq!(*p2_shared, 42 + 27);
1612 ///     let p1_shared: &i32 = &*p1.get();
1613 ///     assert_eq!(*p1_shared, *p2_shared);
1614 /// }
1615 /// ```
1616 ///
1617 /// The following example showcases the fact that exclusive access to an `UnsafeCell<T>`
1618 /// implies exclusive access to its `T`:
1619 ///
1620 /// ```rust
1621 /// #![feature(unsafe_cell_get_mut)]
1622 /// #![forbid(unsafe_code)] // with exclusive accesses,
1623 ///                         // `UnsafeCell` is a transparent no-op wrapper,
1624 ///                         // so no need for `unsafe` here.
1625 /// use std::cell::UnsafeCell;
1626 ///
1627 /// let mut x: UnsafeCell<i32> = 42.into();
1628 ///
1629 /// // Get a compile-time-checked unique reference to `x`.
1630 /// let p_unique: &mut UnsafeCell<i32> = &mut x;
1631 /// // With an exclusive reference, we can mutate the contents for free.
1632 /// *p_unique.get_mut() = 0;
1633 /// // Or, equivalently:
1634 /// x = UnsafeCell::new(0);
1635 ///
1636 /// // When we own the value, we can extract the contents for free.
1637 /// let contents: i32 = x.into_inner();
1638 /// assert_eq!(contents, 0);
1639 /// ```
1640 #[lang = "unsafe_cell"]
1641 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1642 #[repr(transparent)]
1643 #[repr(no_niche)] // rust-lang/rust#68303.
1644 pub struct UnsafeCell<T: ?Sized> {
1645     value: T,
1646 }
1647
1648 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1649 impl<T: ?Sized> !Sync for UnsafeCell<T> {}
1650
1651 impl<T> UnsafeCell<T> {
1652     /// Constructs a new instance of `UnsafeCell` which will wrap the specified
1653     /// value.
1654     ///
1655     /// All access to the inner value through methods is `unsafe`.
1656     ///
1657     /// # Examples
1658     ///
1659     /// ```
1660     /// use std::cell::UnsafeCell;
1661     ///
1662     /// let uc = UnsafeCell::new(5);
1663     /// ```
1664     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1665     #[rustc_const_stable(feature = "const_unsafe_cell_new", since = "1.32.0")]
1666     #[inline]
1667     pub const fn new(value: T) -> UnsafeCell<T> {
1668         UnsafeCell { value }
1669     }
1670
1671     /// Unwraps the value.
1672     ///
1673     /// # Examples
1674     ///
1675     /// ```
1676     /// use std::cell::UnsafeCell;
1677     ///
1678     /// let uc = UnsafeCell::new(5);
1679     ///
1680     /// let five = uc.into_inner();
1681     /// ```
1682     #[inline]
1683     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1684     #[rustc_const_unstable(feature = "const_cell_into_inner", issue = "78729")]
1685     pub const fn into_inner(self) -> T {
1686         self.value
1687     }
1688 }
1689
1690 impl<T: ?Sized> UnsafeCell<T> {
1691     /// Gets a mutable pointer to the wrapped value.
1692     ///
1693     /// This can be cast to a pointer of any kind.
1694     /// Ensure that the access is unique (no active references, mutable or not)
1695     /// when casting to `&mut T`, and ensure that there are no mutations
1696     /// or mutable aliases going on when casting to `&T`
1697     ///
1698     /// # Examples
1699     ///
1700     /// ```
1701     /// use std::cell::UnsafeCell;
1702     ///
1703     /// let uc = UnsafeCell::new(5);
1704     ///
1705     /// let five = uc.get();
1706     /// ```
1707     #[inline]
1708     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1709     #[rustc_const_stable(feature = "const_unsafecell_get", since = "1.32.0")]
1710     pub const fn get(&self) -> *mut T {
1711         // We can just cast the pointer from `UnsafeCell<T>` to `T` because of
1712         // #[repr(transparent)]. This exploits libstd's special status, there is
1713         // no guarantee for user code that this will work in future versions of the compiler!
1714         self as *const UnsafeCell<T> as *const T as *mut T
1715     }
1716
1717     /// Returns a mutable reference to the underlying data.
1718     ///
1719     /// This call borrows the `UnsafeCell` mutably (at compile-time) which
1720     /// guarantees that we possess the only reference.
1721     ///
1722     /// # Examples
1723     ///
1724     /// ```
1725     /// #![feature(unsafe_cell_get_mut)]
1726     /// use std::cell::UnsafeCell;
1727     ///
1728     /// let mut c = UnsafeCell::new(5);
1729     /// *c.get_mut() += 1;
1730     ///
1731     /// assert_eq!(*c.get_mut(), 6);
1732     /// ```
1733     #[inline]
1734     #[unstable(feature = "unsafe_cell_get_mut", issue = "76943")]
1735     pub fn get_mut(&mut self) -> &mut T {
1736         &mut self.value
1737     }
1738
1739     /// Gets a mutable pointer to the wrapped value.
1740     /// The difference to [`get`] is that this function accepts a raw pointer,
1741     /// which is useful to avoid the creation of temporary references.
1742     ///
1743     /// The result can be cast to a pointer of any kind.
1744     /// Ensure that the access is unique (no active references, mutable or not)
1745     /// when casting to `&mut T`, and ensure that there are no mutations
1746     /// or mutable aliases going on when casting to `&T`.
1747     ///
1748     /// [`get`]: #method.get
1749     ///
1750     /// # Examples
1751     ///
1752     /// Gradual initialization of an `UnsafeCell` requires `raw_get`, as
1753     /// calling `get` would require creating a reference to uninitialized data:
1754     ///
1755     /// ```
1756     /// #![feature(unsafe_cell_raw_get)]
1757     /// use std::cell::UnsafeCell;
1758     /// use std::mem::MaybeUninit;
1759     ///
1760     /// let m = MaybeUninit::<UnsafeCell<i32>>::uninit();
1761     /// unsafe { UnsafeCell::raw_get(m.as_ptr()).write(5); }
1762     /// let uc = unsafe { m.assume_init() };
1763     ///
1764     /// assert_eq!(uc.into_inner(), 5);
1765     /// ```
1766     #[inline]
1767     #[unstable(feature = "unsafe_cell_raw_get", issue = "66358")]
1768     pub const fn raw_get(this: *const Self) -> *mut T {
1769         // We can just cast the pointer from `UnsafeCell<T>` to `T` because of
1770         // #[repr(transparent)]. This exploits libstd's special status, there is
1771         // no guarantee for user code that this will work in future versions of the compiler!
1772         this as *const T as *mut T
1773     }
1774 }
1775
1776 #[stable(feature = "unsafe_cell_default", since = "1.10.0")]
1777 impl<T: Default> Default for UnsafeCell<T> {
1778     /// Creates an `UnsafeCell`, with the `Default` value for T.
1779     fn default() -> UnsafeCell<T> {
1780         UnsafeCell::new(Default::default())
1781     }
1782 }
1783
1784 #[stable(feature = "cell_from", since = "1.12.0")]
1785 impl<T> From<T> for UnsafeCell<T> {
1786     fn from(t: T) -> UnsafeCell<T> {
1787         UnsafeCell::new(t)
1788     }
1789 }
1790
1791 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
1792 impl<T: CoerceUnsized<U>, U> CoerceUnsized<UnsafeCell<U>> for UnsafeCell<T> {}
1793
1794 #[allow(unused)]
1795 fn assert_coerce_unsized(a: UnsafeCell<&i32>, b: Cell<&i32>, c: RefCell<&i32>) {
1796     let _: UnsafeCell<&dyn Send> = a;
1797     let _: Cell<&dyn Send> = b;
1798     let _: RefCell<&dyn Send> = c;
1799 }