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Rollup merge of #105347 - estebank:single-line-match, r=compiler-errors
[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<T>`], [`RwLock<T>`] or [`atomic`] types.
18 //!
19 //! Values of the `Cell<T>` and `RefCell<T>` types may be mutated through shared references (i.e.
20 //! the common `&T` type), whereas most Rust types can only be mutated through unique (`&mut T`)
21 //! references. We say that `Cell<T>` and `RefCell<T>` provide 'interior mutability', in contrast
22 //! with typical Rust types that exhibit 'inherited mutability'.
23 //!
24 //! Cell types come in two flavors: `Cell<T>` and `RefCell<T>`. `Cell<T>` implements interior
25 //! mutability by moving values in and out of the `Cell<T>`. To use references instead of values,
26 //! one must use the `RefCell<T>` type, acquiring a write lock before mutating. `Cell<T>` provides
27 //! methods to retrieve and change the current interior value:
28 //!
29 //!  - For types that implement [`Copy`], the [`get`](Cell::get) method retrieves the current
30 //!    interior value.
31 //!  - For types that implement [`Default`], the [`take`](Cell::take) method replaces the current
32 //!    interior value with [`Default::default()`] and returns the replaced value.
33 //!  - For all types, the [`replace`](Cell::replace) method replaces the current interior value and
34 //!    returns the replaced value and the [`into_inner`](Cell::into_inner) method consumes the
35 //!    `Cell<T>` and returns the interior value. Additionally, the [`set`](Cell::set) method
36 //!    replaces the interior value, dropping the replaced value.
37 //!
38 //! `RefCell<T>` uses Rust's lifetimes to implement 'dynamic borrowing', a process whereby one can
39 //! claim temporary, exclusive, mutable access to the inner value. Borrows for `RefCell<T>`s are
40 //! tracked 'at runtime', unlike Rust's native reference types which are entirely tracked
41 //! statically, at compile time. Because `RefCell<T>` borrows are dynamic it is possible to attempt
42 //! to borrow a value that is already mutably borrowed; when this happens it results in thread
43 //! panic.
44 //!
45 //! # When to choose interior mutability
46 //!
47 //! The more common inherited mutability, where one must have unique access to mutate a value, is
48 //! one of the key language elements that enables Rust to reason strongly about pointer aliasing,
49 //! statically preventing crash bugs. Because of that, inherited mutability is preferred, and
50 //! interior mutability is something of a last resort. Since cell types enable mutation where it
51 //! would otherwise be disallowed though, there are occasions when interior mutability might be
52 //! appropriate, or even *must* be used, e.g.
53 //!
54 //! * Introducing mutability 'inside' of something immutable
55 //! * Implementation details of logically-immutable methods.
56 //! * Mutating implementations of [`Clone`].
57 //!
58 //! ## Introducing mutability 'inside' of something immutable
59 //!
60 //! Many shared smart pointer types, including [`Rc<T>`] and [`Arc<T>`], provide containers that can
61 //! be cloned and shared between multiple parties. Because the contained values may be
62 //! multiply-aliased, they can only be borrowed with `&`, not `&mut`. Without cells it would be
63 //! impossible to mutate data inside of these smart pointers at all.
64 //!
65 //! It's very common then to put a `RefCell<T>` inside shared pointer types to reintroduce
66 //! mutability:
67 //!
68 //! ```
69 //! use std::cell::{RefCell, RefMut};
70 //! use std::collections::HashMap;
71 //! use std::rc::Rc;
72 //!
73 //! fn main() {
74 //!     let shared_map: Rc<RefCell<_>> = Rc::new(RefCell::new(HashMap::new()));
75 //!     // Create a new block to limit the scope of the dynamic borrow
76 //!     {
77 //!         let mut map: RefMut<_> = shared_map.borrow_mut();
78 //!         map.insert("africa", 92388);
79 //!         map.insert("kyoto", 11837);
80 //!         map.insert("piccadilly", 11826);
81 //!         map.insert("marbles", 38);
82 //!     }
83 //!
84 //!     // Note that if we had not let the previous borrow of the cache fall out
85 //!     // of scope then the subsequent borrow would cause a dynamic thread panic.
86 //!     // This is the major hazard of using `RefCell`.
87 //!     let total: i32 = shared_map.borrow().values().sum();
88 //!     println!("{total}");
89 //! }
90 //! ```
91 //!
92 //! Note that this example uses `Rc<T>` and not `Arc<T>`. `RefCell<T>`s are for single-threaded
93 //! scenarios. Consider using [`RwLock<T>`] or [`Mutex<T>`] if you need shared mutability in a
94 //! multi-threaded situation.
95 //!
96 //! ## Implementation details of logically-immutable methods
97 //!
98 //! Occasionally it may be desirable not to expose in an API that there is mutation happening
99 //! "under the hood". This may be because logically the operation is immutable, but e.g., caching
100 //! forces the implementation to perform mutation; or because you must employ mutation to implement
101 //! a trait method that was originally defined to take `&self`.
102 //!
103 //! ```
104 //! # #![allow(dead_code)]
105 //! use std::cell::RefCell;
106 //!
107 //! struct Graph {
108 //!     edges: Vec<(i32, i32)>,
109 //!     span_tree_cache: RefCell<Option<Vec<(i32, i32)>>>
110 //! }
111 //!
112 //! impl Graph {
113 //!     fn minimum_spanning_tree(&self) -> Vec<(i32, i32)> {
114 //!         self.span_tree_cache.borrow_mut()
115 //!             .get_or_insert_with(|| self.calc_span_tree())
116 //!             .clone()
117 //!     }
118 //!
119 //!     fn calc_span_tree(&self) -> Vec<(i32, i32)> {
120 //!         // Expensive computation goes here
121 //!         vec![]
122 //!     }
123 //! }
124 //! ```
125 //!
126 //! ## Mutating implementations of `Clone`
127 //!
128 //! This is simply a special - but common - case of the previous: hiding mutability for operations
129 //! that appear to be immutable. The [`clone`](Clone::clone) method is expected to not change the
130 //! source value, and is declared to take `&self`, not `&mut self`. Therefore, any mutation that
131 //! happens in the `clone` method must use cell types. For example, [`Rc<T>`] maintains its
132 //! reference counts within a `Cell<T>`.
133 //!
134 //! ```
135 //! use std::cell::Cell;
136 //! use std::ptr::NonNull;
137 //! use std::process::abort;
138 //! use std::marker::PhantomData;
139 //!
140 //! struct Rc<T: ?Sized> {
141 //!     ptr: NonNull<RcBox<T>>,
142 //!     phantom: PhantomData<RcBox<T>>,
143 //! }
144 //!
145 //! struct RcBox<T: ?Sized> {
146 //!     strong: Cell<usize>,
147 //!     refcount: Cell<usize>,
148 //!     value: T,
149 //! }
150 //!
151 //! impl<T: ?Sized> Clone for Rc<T> {
152 //!     fn clone(&self) -> Rc<T> {
153 //!         self.inc_strong();
154 //!         Rc {
155 //!             ptr: self.ptr,
156 //!             phantom: PhantomData,
157 //!         }
158 //!     }
159 //! }
160 //!
161 //! trait RcBoxPtr<T: ?Sized> {
162 //!
163 //!     fn inner(&self) -> &RcBox<T>;
164 //!
165 //!     fn strong(&self) -> usize {
166 //!         self.inner().strong.get()
167 //!     }
168 //!
169 //!     fn inc_strong(&self) {
170 //!         self.inner()
171 //!             .strong
172 //!             .set(self.strong()
173 //!                      .checked_add(1)
174 //!                      .unwrap_or_else(|| abort() ));
175 //!     }
176 //! }
177 //!
178 //! impl<T: ?Sized> RcBoxPtr<T> for Rc<T> {
179 //!    fn inner(&self) -> &RcBox<T> {
180 //!        unsafe {
181 //!            self.ptr.as_ref()
182 //!        }
183 //!    }
184 //! }
185 //! ```
186 //!
187 //! [`Arc<T>`]: ../../std/sync/struct.Arc.html
188 //! [`Rc<T>`]: ../../std/rc/struct.Rc.html
189 //! [`RwLock<T>`]: ../../std/sync/struct.RwLock.html
190 //! [`Mutex<T>`]: ../../std/sync/struct.Mutex.html
191 //! [`atomic`]: crate::sync::atomic
192
193 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
194
195 use crate::cmp::Ordering;
196 use crate::fmt::{self, Debug, Display};
197 use crate::marker::{PhantomData, Unsize};
198 use crate::mem;
199 use crate::ops::{CoerceUnsized, Deref, DerefMut};
200 use crate::ptr::{self, NonNull};
201
202 mod lazy;
203 mod once;
204
205 #[unstable(feature = "once_cell", issue = "74465")]
206 pub use lazy::LazyCell;
207 #[unstable(feature = "once_cell", issue = "74465")]
208 pub use once::OnceCell;
209
210 /// A mutable memory location.
211 ///
212 /// # Examples
213 ///
214 /// In this example, you can see that `Cell<T>` enables mutation inside an
215 /// immutable struct. In other words, it enables "interior mutability".
216 ///
217 /// ```
218 /// use std::cell::Cell;
219 ///
220 /// struct SomeStruct {
221 ///     regular_field: u8,
222 ///     special_field: Cell<u8>,
223 /// }
224 ///
225 /// let my_struct = SomeStruct {
226 ///     regular_field: 0,
227 ///     special_field: Cell::new(1),
228 /// };
229 ///
230 /// let new_value = 100;
231 ///
232 /// // ERROR: `my_struct` is immutable
233 /// // my_struct.regular_field = new_value;
234 ///
235 /// // WORKS: although `my_struct` is immutable, `special_field` is a `Cell`,
236 /// // which can always be mutated
237 /// my_struct.special_field.set(new_value);
238 /// assert_eq!(my_struct.special_field.get(), new_value);
239 /// ```
240 ///
241 /// See the [module-level documentation](self) for more.
242 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
243 #[repr(transparent)]
244 pub struct Cell<T: ?Sized> {
245     value: UnsafeCell<T>,
246 }
247
248 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
249 unsafe impl<T: ?Sized> Send for Cell<T> where T: Send {}
250
251 // Note that this negative impl isn't strictly necessary for correctness,
252 // as `Cell` wraps `UnsafeCell`, which is itself `!Sync`.
253 // However, given how important `Cell`'s `!Sync`-ness is,
254 // having an explicit negative impl is nice for documentation purposes
255 // and results in nicer error messages.
256 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
257 impl<T: ?Sized> !Sync for Cell<T> {}
258
259 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
260 impl<T: Copy> Clone for Cell<T> {
261     #[inline]
262     fn clone(&self) -> Cell<T> {
263         Cell::new(self.get())
264     }
265 }
266
267 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
268 impl<T: Default> Default for Cell<T> {
269     /// Creates a `Cell<T>`, with the `Default` value for T.
270     #[inline]
271     fn default() -> Cell<T> {
272         Cell::new(Default::default())
273     }
274 }
275
276 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
277 impl<T: PartialEq + Copy> PartialEq for Cell<T> {
278     #[inline]
279     fn eq(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
280         self.get() == other.get()
281     }
282 }
283
284 #[stable(feature = "cell_eq", since = "1.2.0")]
285 impl<T: Eq + Copy> Eq for Cell<T> {}
286
287 #[stable(feature = "cell_ord", since = "1.10.0")]
288 impl<T: PartialOrd + Copy> PartialOrd for Cell<T> {
289     #[inline]
290     fn partial_cmp(&self, other: &Cell<T>) -> Option<Ordering> {
291         self.get().partial_cmp(&other.get())
292     }
293
294     #[inline]
295     fn lt(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
296         self.get() < other.get()
297     }
298
299     #[inline]
300     fn le(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
301         self.get() <= other.get()
302     }
303
304     #[inline]
305     fn gt(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
306         self.get() > other.get()
307     }
308
309     #[inline]
310     fn ge(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
311         self.get() >= other.get()
312     }
313 }
314
315 #[stable(feature = "cell_ord", since = "1.10.0")]
316 impl<T: Ord + Copy> Ord for Cell<T> {
317     #[inline]
318     fn cmp(&self, other: &Cell<T>) -> Ordering {
319         self.get().cmp(&other.get())
320     }
321 }
322
323 #[stable(feature = "cell_from", since = "1.12.0")]
324 #[rustc_const_unstable(feature = "const_convert", issue = "88674")]
325 impl<T> const From<T> for Cell<T> {
326     /// Creates a new `Cell<T>` containing the given value.
327     fn from(t: T) -> Cell<T> {
328         Cell::new(t)
329     }
330 }
331
332 impl<T> Cell<T> {
333     /// Creates a new `Cell` containing the given value.
334     ///
335     /// # Examples
336     ///
337     /// ```
338     /// use std::cell::Cell;
339     ///
340     /// let c = Cell::new(5);
341     /// ```
342     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
343     #[rustc_const_stable(feature = "const_cell_new", since = "1.24.0")]
344     #[inline]
345     pub const fn new(value: T) -> Cell<T> {
346         Cell { value: UnsafeCell::new(value) }
347     }
348
349     /// Sets the contained value.
350     ///
351     /// # Examples
352     ///
353     /// ```
354     /// use std::cell::Cell;
355     ///
356     /// let c = Cell::new(5);
357     ///
358     /// c.set(10);
359     /// ```
360     #[inline]
361     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
362     pub fn set(&self, val: T) {
363         let old = self.replace(val);
364         drop(old);
365     }
366
367     /// Swaps the values of two `Cell`s.
368     /// Difference with `std::mem::swap` is that this function doesn't require `&mut` reference.
369     ///
370     /// # Examples
371     ///
372     /// ```
373     /// use std::cell::Cell;
374     ///
375     /// let c1 = Cell::new(5i32);
376     /// let c2 = Cell::new(10i32);
377     /// c1.swap(&c2);
378     /// assert_eq!(10, c1.get());
379     /// assert_eq!(5, c2.get());
380     /// ```
381     #[inline]
382     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
383     pub fn swap(&self, other: &Self) {
384         if ptr::eq(self, other) {
385             return;
386         }
387         // SAFETY: This can be risky if called from separate threads, but `Cell`
388         // is `!Sync` so this won't happen. This also won't invalidate any
389         // pointers since `Cell` makes sure nothing else will be pointing into
390         // either of these `Cell`s.
391         unsafe {
392             ptr::swap(self.value.get(), other.value.get());
393         }
394     }
395
396     /// Replaces the contained value with `val`, and returns the old contained value.
397     ///
398     /// # Examples
399     ///
400     /// ```
401     /// use std::cell::Cell;
402     ///
403     /// let cell = Cell::new(5);
404     /// assert_eq!(cell.get(), 5);
405     /// assert_eq!(cell.replace(10), 5);
406     /// assert_eq!(cell.get(), 10);
407     /// ```
408     #[inline]
409     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
410     pub fn replace(&self, val: T) -> T {
411         // SAFETY: This can cause data races if called from a separate thread,
412         // but `Cell` is `!Sync` so this won't happen.
413         mem::replace(unsafe { &mut *self.value.get() }, val)
414     }
415
416     /// Unwraps the value.
417     ///
418     /// # Examples
419     ///
420     /// ```
421     /// use std::cell::Cell;
422     ///
423     /// let c = Cell::new(5);
424     /// let five = c.into_inner();
425     ///
426     /// assert_eq!(five, 5);
427     /// ```
428     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
429     #[rustc_const_unstable(feature = "const_cell_into_inner", issue = "78729")]
430     pub const fn into_inner(self) -> T {
431         self.value.into_inner()
432     }
433 }
434
435 impl<T: Copy> Cell<T> {
436     /// Returns a copy of the contained value.
437     ///
438     /// # Examples
439     ///
440     /// ```
441     /// use std::cell::Cell;
442     ///
443     /// let c = Cell::new(5);
444     ///
445     /// let five = c.get();
446     /// ```
447     #[inline]
448     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
449     pub fn get(&self) -> T {
450         // SAFETY: This can cause data races if called from a separate thread,
451         // but `Cell` is `!Sync` so this won't happen.
452         unsafe { *self.value.get() }
453     }
454
455     /// Updates the contained value using a function and returns the new value.
456     ///
457     /// # Examples
458     ///
459     /// ```
460     /// #![feature(cell_update)]
461     ///
462     /// use std::cell::Cell;
463     ///
464     /// let c = Cell::new(5);
465     /// let new = c.update(|x| x + 1);
466     ///
467     /// assert_eq!(new, 6);
468     /// assert_eq!(c.get(), 6);
469     /// ```
470     #[inline]
471     #[unstable(feature = "cell_update", issue = "50186")]
472     pub fn update<F>(&self, f: F) -> T
473     where
474         F: FnOnce(T) -> T,
475     {
476         let old = self.get();
477         let new = f(old);
478         self.set(new);
479         new
480     }
481 }
482
483 impl<T: ?Sized> Cell<T> {
484     /// Returns a raw pointer to the underlying data in this cell.
485     ///
486     /// # Examples
487     ///
488     /// ```
489     /// use std::cell::Cell;
490     ///
491     /// let c = Cell::new(5);
492     ///
493     /// let ptr = c.as_ptr();
494     /// ```
495     #[inline]
496     #[stable(feature = "cell_as_ptr", since = "1.12.0")]
497     #[rustc_const_stable(feature = "const_cell_as_ptr", since = "1.32.0")]
498     pub const fn as_ptr(&self) -> *mut T {
499         self.value.get()
500     }
501
502     /// Returns a mutable reference to the underlying data.
503     ///
504     /// This call borrows `Cell` mutably (at compile-time) which guarantees
505     /// that we possess the only reference.
506     ///
507     /// However be cautious: this method expects `self` to be mutable, which is
508     /// generally not the case when using a `Cell`. If you require interior
509     /// mutability by reference, consider using `RefCell` which provides
510     /// run-time checked mutable borrows through its [`borrow_mut`] method.
511     ///
512     /// [`borrow_mut`]: RefCell::borrow_mut()
513     ///
514     /// # Examples
515     ///
516     /// ```
517     /// use std::cell::Cell;
518     ///
519     /// let mut c = Cell::new(5);
520     /// *c.get_mut() += 1;
521     ///
522     /// assert_eq!(c.get(), 6);
523     /// ```
524     #[inline]
525     #[stable(feature = "cell_get_mut", since = "1.11.0")]
526     pub fn get_mut(&mut self) -> &mut T {
527         self.value.get_mut()
528     }
529
530     /// Returns a `&Cell<T>` from a `&mut T`
531     ///
532     /// # Examples
533     ///
534     /// ```
535     /// use std::cell::Cell;
536     ///
537     /// let slice: &mut [i32] = &mut [1, 2, 3];
538     /// let cell_slice: &Cell<[i32]> = Cell::from_mut(slice);
539     /// let slice_cell: &[Cell<i32>] = cell_slice.as_slice_of_cells();
540     ///
541     /// assert_eq!(slice_cell.len(), 3);
542     /// ```
543     #[inline]
544     #[stable(feature = "as_cell", since = "1.37.0")]
545     pub fn from_mut(t: &mut T) -> &Cell<T> {
546         // SAFETY: `&mut` ensures unique access.
547         unsafe { &*(t as *mut T as *const Cell<T>) }
548     }
549 }
550
551 impl<T: Default> Cell<T> {
552     /// Takes the value of the cell, leaving `Default::default()` in its place.
553     ///
554     /// # Examples
555     ///
556     /// ```
557     /// use std::cell::Cell;
558     ///
559     /// let c = Cell::new(5);
560     /// let five = c.take();
561     ///
562     /// assert_eq!(five, 5);
563     /// assert_eq!(c.into_inner(), 0);
564     /// ```
565     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
566     pub fn take(&self) -> T {
567         self.replace(Default::default())
568     }
569 }
570
571 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "18598")]
572 impl<T: CoerceUnsized<U>, U> CoerceUnsized<Cell<U>> for Cell<T> {}
573
574 impl<T> Cell<[T]> {
575     /// Returns a `&[Cell<T>]` from a `&Cell<[T]>`
576     ///
577     /// # Examples
578     ///
579     /// ```
580     /// use std::cell::Cell;
581     ///
582     /// let slice: &mut [i32] = &mut [1, 2, 3];
583     /// let cell_slice: &Cell<[i32]> = Cell::from_mut(slice);
584     /// let slice_cell: &[Cell<i32>] = cell_slice.as_slice_of_cells();
585     ///
586     /// assert_eq!(slice_cell.len(), 3);
587     /// ```
588     #[stable(feature = "as_cell", since = "1.37.0")]
589     pub fn as_slice_of_cells(&self) -> &[Cell<T>] {
590         // SAFETY: `Cell<T>` has the same memory layout as `T`.
591         unsafe { &*(self as *const Cell<[T]> as *const [Cell<T>]) }
592     }
593 }
594
595 impl<T, const N: usize> Cell<[T; N]> {
596     /// Returns a `&[Cell<T>; N]` from a `&Cell<[T; N]>`
597     ///
598     /// # Examples
599     ///
600     /// ```
601     /// #![feature(as_array_of_cells)]
602     /// use std::cell::Cell;
603     ///
604     /// let mut array: [i32; 3] = [1, 2, 3];
605     /// let cell_array: &Cell<[i32; 3]> = Cell::from_mut(&mut array);
606     /// let array_cell: &[Cell<i32>; 3] = cell_array.as_array_of_cells();
607     /// ```
608     #[unstable(feature = "as_array_of_cells", issue = "88248")]
609     pub fn as_array_of_cells(&self) -> &[Cell<T>; N] {
610         // SAFETY: `Cell<T>` has the same memory layout as `T`.
611         unsafe { &*(self as *const Cell<[T; N]> as *const [Cell<T>; N]) }
612     }
613 }
614
615 /// A mutable memory location with dynamically checked borrow rules
616 ///
617 /// See the [module-level documentation](self) for more.
618 #[cfg_attr(not(test), rustc_diagnostic_item = "RefCell")]
619 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
620 pub struct RefCell<T: ?Sized> {
621     borrow: Cell<BorrowFlag>,
622     // Stores the location of the earliest currently active borrow.
623     // This gets updated whenever we go from having zero borrows
624     // to having a single borrow. When a borrow occurs, this gets included
625     // in the generated `BorrowError/`BorrowMutError`
626     #[cfg(feature = "debug_refcell")]
627     borrowed_at: Cell<Option<&'static crate::panic::Location<'static>>>,
628     value: UnsafeCell<T>,
629 }
630
631 /// An error returned by [`RefCell::try_borrow`].
632 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
633 #[non_exhaustive]
634 pub struct BorrowError {
635     #[cfg(feature = "debug_refcell")]
636     location: &'static crate::panic::Location<'static>,
637 }
638
639 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
640 impl Debug for BorrowError {
641     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
642         let mut builder = f.debug_struct("BorrowError");
643
644         #[cfg(feature = "debug_refcell")]
645         builder.field("location", self.location);
646
647         builder.finish()
648     }
649 }
650
651 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
652 impl Display for BorrowError {
653     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
654         Display::fmt("already mutably borrowed", f)
655     }
656 }
657
658 /// An error returned by [`RefCell::try_borrow_mut`].
659 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
660 #[non_exhaustive]
661 pub struct BorrowMutError {
662     #[cfg(feature = "debug_refcell")]
663     location: &'static crate::panic::Location<'static>,
664 }
665
666 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
667 impl Debug for BorrowMutError {
668     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
669         let mut builder = f.debug_struct("BorrowMutError");
670
671         #[cfg(feature = "debug_refcell")]
672         builder.field("location", self.location);
673
674         builder.finish()
675     }
676 }
677
678 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
679 impl Display for BorrowMutError {
680     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
681         Display::fmt("already borrowed", f)
682     }
683 }
684
685 // Positive values represent the number of `Ref` active. Negative values
686 // represent the number of `RefMut` active. Multiple `RefMut`s can only be
687 // active at a time if they refer to distinct, nonoverlapping components of a
688 // `RefCell` (e.g., different ranges of a slice).
689 //
690 // `Ref` and `RefMut` are both two words in size, and so there will likely never
691 // be enough `Ref`s or `RefMut`s in existence to overflow half of the `usize`
692 // range. Thus, a `BorrowFlag` will probably never overflow or underflow.
693 // However, this is not a guarantee, as a pathological program could repeatedly
694 // create and then mem::forget `Ref`s or `RefMut`s. Thus, all code must
695 // explicitly check for overflow and underflow in order to avoid unsafety, or at
696 // least behave correctly in the event that overflow or underflow happens (e.g.,
697 // see BorrowRef::new).
698 type BorrowFlag = isize;
699 const UNUSED: BorrowFlag = 0;
700
701 #[inline(always)]
702 fn is_writing(x: BorrowFlag) -> bool {
703     x < UNUSED
704 }
705
706 #[inline(always)]
707 fn is_reading(x: BorrowFlag) -> bool {
708     x > UNUSED
709 }
710
711 impl<T> RefCell<T> {
712     /// Creates a new `RefCell` containing `value`.
713     ///
714     /// # Examples
715     ///
716     /// ```
717     /// use std::cell::RefCell;
718     ///
719     /// let c = RefCell::new(5);
720     /// ```
721     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
722     #[rustc_const_stable(feature = "const_refcell_new", since = "1.24.0")]
723     #[inline]
724     pub const fn new(value: T) -> RefCell<T> {
725         RefCell {
726             value: UnsafeCell::new(value),
727             borrow: Cell::new(UNUSED),
728             #[cfg(feature = "debug_refcell")]
729             borrowed_at: Cell::new(None),
730         }
731     }
732
733     /// Consumes the `RefCell`, returning the wrapped value.
734     ///
735     /// # Examples
736     ///
737     /// ```
738     /// use std::cell::RefCell;
739     ///
740     /// let c = RefCell::new(5);
741     ///
742     /// let five = c.into_inner();
743     /// ```
744     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
745     #[rustc_const_unstable(feature = "const_cell_into_inner", issue = "78729")]
746     #[inline]
747     pub const fn into_inner(self) -> T {
748         // Since this function takes `self` (the `RefCell`) by value, the
749         // compiler statically verifies that it is not currently borrowed.
750         self.value.into_inner()
751     }
752
753     /// Replaces the wrapped value with a new one, returning the old value,
754     /// without deinitializing either one.
755     ///
756     /// This function corresponds to [`std::mem::replace`](../mem/fn.replace.html).
757     ///
758     /// # Panics
759     ///
760     /// Panics if the value is currently borrowed.
761     ///
762     /// # Examples
763     ///
764     /// ```
765     /// use std::cell::RefCell;
766     /// let cell = RefCell::new(5);
767     /// let old_value = cell.replace(6);
768     /// assert_eq!(old_value, 5);
769     /// assert_eq!(cell, RefCell::new(6));
770     /// ```
771     #[inline]
772     #[stable(feature = "refcell_replace", since = "1.24.0")]
773     #[track_caller]
774     pub fn replace(&self, t: T) -> T {
775         mem::replace(&mut *self.borrow_mut(), t)
776     }
777
778     /// Replaces the wrapped value with a new one computed from `f`, returning
779     /// the old value, without deinitializing either one.
780     ///
781     /// # Panics
782     ///
783     /// Panics if the value is currently borrowed.
784     ///
785     /// # Examples
786     ///
787     /// ```
788     /// use std::cell::RefCell;
789     /// let cell = RefCell::new(5);
790     /// let old_value = cell.replace_with(|&mut old| old + 1);
791     /// assert_eq!(old_value, 5);
792     /// assert_eq!(cell, RefCell::new(6));
793     /// ```
794     #[inline]
795     #[stable(feature = "refcell_replace_swap", since = "1.35.0")]
796     #[track_caller]
797     pub fn replace_with<F: FnOnce(&mut T) -> T>(&self, f: F) -> T {
798         let mut_borrow = &mut *self.borrow_mut();
799         let replacement = f(mut_borrow);
800         mem::replace(mut_borrow, replacement)
801     }
802
803     /// Swaps the wrapped value of `self` with the wrapped value of `other`,
804     /// without deinitializing either one.
805     ///
806     /// This function corresponds to [`std::mem::swap`](../mem/fn.swap.html).
807     ///
808     /// # Panics
809     ///
810     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
811     ///
812     /// # Examples
813     ///
814     /// ```
815     /// use std::cell::RefCell;
816     /// let c = RefCell::new(5);
817     /// let d = RefCell::new(6);
818     /// c.swap(&d);
819     /// assert_eq!(c, RefCell::new(6));
820     /// assert_eq!(d, RefCell::new(5));
821     /// ```
822     #[inline]
823     #[stable(feature = "refcell_swap", since = "1.24.0")]
824     pub fn swap(&self, other: &Self) {
825         mem::swap(&mut *self.borrow_mut(), &mut *other.borrow_mut())
826     }
827 }
828
829 impl<T: ?Sized> RefCell<T> {
830     /// Immutably borrows the wrapped value.
831     ///
832     /// The borrow lasts until the returned `Ref` exits scope. Multiple
833     /// immutable borrows can be taken out at the same time.
834     ///
835     /// # Panics
836     ///
837     /// Panics if the value is currently mutably borrowed. For a non-panicking variant, use
838     /// [`try_borrow`](#method.try_borrow).
839     ///
840     /// # Examples
841     ///
842     /// ```
843     /// use std::cell::RefCell;
844     ///
845     /// let c = RefCell::new(5);
846     ///
847     /// let borrowed_five = c.borrow();
848     /// let borrowed_five2 = c.borrow();
849     /// ```
850     ///
851     /// An example of panic:
852     ///
853     /// ```should_panic
854     /// use std::cell::RefCell;
855     ///
856     /// let c = RefCell::new(5);
857     ///
858     /// let m = c.borrow_mut();
859     /// let b = c.borrow(); // this causes a panic
860     /// ```
861     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
862     #[inline]
863     #[track_caller]
864     pub fn borrow(&self) -> Ref<'_, T> {
865         self.try_borrow().expect("already mutably borrowed")
866     }
867
868     /// Immutably borrows the wrapped value, returning an error if the value is currently mutably
869     /// borrowed.
870     ///
871     /// The borrow lasts until the returned `Ref` exits scope. Multiple immutable borrows can be
872     /// taken out at the same time.
873     ///
874     /// This is the non-panicking variant of [`borrow`](#method.borrow).
875     ///
876     /// # Examples
877     ///
878     /// ```
879     /// use std::cell::RefCell;
880     ///
881     /// let c = RefCell::new(5);
882     ///
883     /// {
884     ///     let m = c.borrow_mut();
885     ///     assert!(c.try_borrow().is_err());
886     /// }
887     ///
888     /// {
889     ///     let m = c.borrow();
890     ///     assert!(c.try_borrow().is_ok());
891     /// }
892     /// ```
893     #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
894     #[inline]
895     #[cfg_attr(feature = "debug_refcell", track_caller)]
896     pub fn try_borrow(&self) -> Result<Ref<'_, T>, BorrowError> {
897         match BorrowRef::new(&self.borrow) {
898             Some(b) => {
899                 #[cfg(feature = "debug_refcell")]
900                 {
901                     // `borrowed_at` is always the *first* active borrow
902                     if b.borrow.get() == 1 {
903                         self.borrowed_at.set(Some(crate::panic::Location::caller()));
904                     }
905                 }
906
907                 // SAFETY: `BorrowRef` ensures that there is only immutable access
908                 // to the value while borrowed.
909                 let value = unsafe { NonNull::new_unchecked(self.value.get()) };
910                 Ok(Ref { value, borrow: b })
911             }
912             None => Err(BorrowError {
913                 // If a borrow occurred, then we must already have an outstanding borrow,
914                 // so `borrowed_at` will be `Some`
915                 #[cfg(feature = "debug_refcell")]
916                 location: self.borrowed_at.get().unwrap(),
917             }),
918         }
919     }
920
921     /// Mutably borrows the wrapped value.
922     ///
923     /// The borrow lasts until the returned `RefMut` or all `RefMut`s derived
924     /// from it exit scope. The value cannot be borrowed while this borrow is
925     /// active.
926     ///
927     /// # Panics
928     ///
929     /// Panics if the value is currently borrowed. For a non-panicking variant, use
930     /// [`try_borrow_mut`](#method.try_borrow_mut).
931     ///
932     /// # Examples
933     ///
934     /// ```
935     /// use std::cell::RefCell;
936     ///
937     /// let c = RefCell::new("hello".to_owned());
938     ///
939     /// *c.borrow_mut() = "bonjour".to_owned();
940     ///
941     /// assert_eq!(&*c.borrow(), "bonjour");
942     /// ```
943     ///
944     /// An example of panic:
945     ///
946     /// ```should_panic
947     /// use std::cell::RefCell;
948     ///
949     /// let c = RefCell::new(5);
950     /// let m = c.borrow();
951     ///
952     /// let b = c.borrow_mut(); // this causes a panic
953     /// ```
954     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
955     #[inline]
956     #[track_caller]
957     pub fn borrow_mut(&self) -> RefMut<'_, T> {
958         self.try_borrow_mut().expect("already borrowed")
959     }
960
961     /// Mutably borrows the wrapped value, returning an error if the value is currently borrowed.
962     ///
963     /// The borrow lasts until the returned `RefMut` or all `RefMut`s derived
964     /// from it exit scope. The value cannot be borrowed while this borrow is
965     /// active.
966     ///
967     /// This is the non-panicking variant of [`borrow_mut`](#method.borrow_mut).
968     ///
969     /// # Examples
970     ///
971     /// ```
972     /// use std::cell::RefCell;
973     ///
974     /// let c = RefCell::new(5);
975     ///
976     /// {
977     ///     let m = c.borrow();
978     ///     assert!(c.try_borrow_mut().is_err());
979     /// }
980     ///
981     /// assert!(c.try_borrow_mut().is_ok());
982     /// ```
983     #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
984     #[inline]
985     #[cfg_attr(feature = "debug_refcell", track_caller)]
986     pub fn try_borrow_mut(&self) -> Result<RefMut<'_, T>, BorrowMutError> {
987         match BorrowRefMut::new(&self.borrow) {
988             Some(b) => {
989                 #[cfg(feature = "debug_refcell")]
990                 {
991                     self.borrowed_at.set(Some(crate::panic::Location::caller()));
992                 }
993
994                 // SAFETY: `BorrowRefMut` guarantees unique access.
995                 let value = unsafe { NonNull::new_unchecked(self.value.get()) };
996                 Ok(RefMut { value, borrow: b, marker: PhantomData })
997             }
998             None => Err(BorrowMutError {
999                 // If a borrow occurred, then we must already have an outstanding borrow,
1000                 // so `borrowed_at` will be `Some`
1001                 #[cfg(feature = "debug_refcell")]
1002                 location: self.borrowed_at.get().unwrap(),
1003             }),
1004         }
1005     }
1006
1007     /// Returns a raw pointer to the underlying data in this cell.
1008     ///
1009     /// # Examples
1010     ///
1011     /// ```
1012     /// use std::cell::RefCell;
1013     ///
1014     /// let c = RefCell::new(5);
1015     ///
1016     /// let ptr = c.as_ptr();
1017     /// ```
1018     #[inline]
1019     #[stable(feature = "cell_as_ptr", since = "1.12.0")]
1020     pub fn as_ptr(&self) -> *mut T {
1021         self.value.get()
1022     }
1023
1024     /// Returns a mutable reference to the underlying data.
1025     ///
1026     /// Since this method borrows `RefCell` mutably, it is statically guaranteed
1027     /// that no borrows to the underlying data exist. The dynamic checks inherent
1028     /// in [`borrow_mut`] and most other methods of `RefCell` are therefore
1029     /// unnecessary.
1030     ///
1031     /// This method can only be called if `RefCell` can be mutably borrowed,
1032     /// which in general is only the case directly after the `RefCell` has
1033     /// been created. In these situations, skipping the aforementioned dynamic
1034     /// borrowing checks may yield better ergonomics and runtime-performance.
1035     ///
1036     /// In most situations where `RefCell` is used, it can't be borrowed mutably.
1037     /// Use [`borrow_mut`] to get mutable access to the underlying data then.
1038     ///
1039     /// [`borrow_mut`]: RefCell::borrow_mut()
1040     ///
1041     /// # Examples
1042     ///
1043     /// ```
1044     /// use std::cell::RefCell;
1045     ///
1046     /// let mut c = RefCell::new(5);
1047     /// *c.get_mut() += 1;
1048     ///
1049     /// assert_eq!(c, RefCell::new(6));
1050     /// ```
1051     #[inline]
1052     #[stable(feature = "cell_get_mut", since = "1.11.0")]
1053     pub fn get_mut(&mut self) -> &mut T {
1054         self.value.get_mut()
1055     }
1056
1057     /// Undo the effect of leaked guards on the borrow state of the `RefCell`.
1058     ///
1059     /// This call is similar to [`get_mut`] but more specialized. It borrows `RefCell` mutably to
1060     /// ensure no borrows exist and then resets the state tracking shared borrows. This is relevant
1061     /// if some `Ref` or `RefMut` borrows have been leaked.
1062     ///
1063     /// [`get_mut`]: RefCell::get_mut()
1064     ///
1065     /// # Examples
1066     ///
1067     /// ```
1068     /// #![feature(cell_leak)]
1069     /// use std::cell::RefCell;
1070     ///
1071     /// let mut c = RefCell::new(0);
1072     /// std::mem::forget(c.borrow_mut());
1073     ///
1074     /// assert!(c.try_borrow().is_err());
1075     /// c.undo_leak();
1076     /// assert!(c.try_borrow().is_ok());
1077     /// ```
1078     #[unstable(feature = "cell_leak", issue = "69099")]
1079     pub fn undo_leak(&mut self) -> &mut T {
1080         *self.borrow.get_mut() = UNUSED;
1081         self.get_mut()
1082     }
1083
1084     /// Immutably borrows the wrapped value, returning an error if the value is
1085     /// currently mutably borrowed.
1086     ///
1087     /// # Safety
1088     ///
1089     /// Unlike `RefCell::borrow`, this method is unsafe because it does not
1090     /// return a `Ref`, thus leaving the borrow flag untouched. Mutably
1091     /// borrowing the `RefCell` while the reference returned by this method
1092     /// is alive is undefined behaviour.
1093     ///
1094     /// # Examples
1095     ///
1096     /// ```
1097     /// use std::cell::RefCell;
1098     ///
1099     /// let c = RefCell::new(5);
1100     ///
1101     /// {
1102     ///     let m = c.borrow_mut();
1103     ///     assert!(unsafe { c.try_borrow_unguarded() }.is_err());
1104     /// }
1105     ///
1106     /// {
1107     ///     let m = c.borrow();
1108     ///     assert!(unsafe { c.try_borrow_unguarded() }.is_ok());
1109     /// }
1110     /// ```
1111     #[stable(feature = "borrow_state", since = "1.37.0")]
1112     #[inline]
1113     pub unsafe fn try_borrow_unguarded(&self) -> Result<&T, BorrowError> {
1114         if !is_writing(self.borrow.get()) {
1115             // SAFETY: We check that nobody is actively writing now, but it is
1116             // the caller's responsibility to ensure that nobody writes until
1117             // the returned reference is no longer in use.
1118             // Also, `self.value.get()` refers to the value owned by `self`
1119             // and is thus guaranteed to be valid for the lifetime of `self`.
1120             Ok(unsafe { &*self.value.get() })
1121         } else {
1122             Err(BorrowError {
1123                 // If a borrow occurred, then we must already have an outstanding borrow,
1124                 // so `borrowed_at` will be `Some`
1125                 #[cfg(feature = "debug_refcell")]
1126                 location: self.borrowed_at.get().unwrap(),
1127             })
1128         }
1129     }
1130 }
1131
1132 impl<T: Default> RefCell<T> {
1133     /// Takes the wrapped value, leaving `Default::default()` in its place.
1134     ///
1135     /// # Panics
1136     ///
1137     /// Panics if the value is currently borrowed.
1138     ///
1139     /// # Examples
1140     ///
1141     /// ```
1142     /// use std::cell::RefCell;
1143     ///
1144     /// let c = RefCell::new(5);
1145     /// let five = c.take();
1146     ///
1147     /// assert_eq!(five, 5);
1148     /// assert_eq!(c.into_inner(), 0);
1149     /// ```
1150     #[stable(feature = "refcell_take", since = "1.50.0")]
1151     pub fn take(&self) -> T {
1152         self.replace(Default::default())
1153     }
1154 }
1155
1156 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1157 unsafe impl<T: ?Sized> Send for RefCell<T> where T: Send {}
1158
1159 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1160 impl<T: ?Sized> !Sync for RefCell<T> {}
1161
1162 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1163 impl<T: Clone> Clone for RefCell<T> {
1164     /// # Panics
1165     ///
1166     /// Panics if the value is currently mutably borrowed.
1167     #[inline]
1168     #[track_caller]
1169     fn clone(&self) -> RefCell<T> {
1170         RefCell::new(self.borrow().clone())
1171     }
1172
1173     /// # Panics
1174     ///
1175     /// Panics if `other` is currently mutably borrowed.
1176     #[inline]
1177     #[track_caller]
1178     fn clone_from(&mut self, other: &Self) {
1179         self.get_mut().clone_from(&other.borrow())
1180     }
1181 }
1182
1183 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1184 impl<T: Default> Default for RefCell<T> {
1185     /// Creates a `RefCell<T>`, with the `Default` value for T.
1186     #[inline]
1187     fn default() -> RefCell<T> {
1188         RefCell::new(Default::default())
1189     }
1190 }
1191
1192 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1193 impl<T: ?Sized + PartialEq> PartialEq for RefCell<T> {
1194     /// # Panics
1195     ///
1196     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1197     #[inline]
1198     fn eq(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1199         *self.borrow() == *other.borrow()
1200     }
1201 }
1202
1203 #[stable(feature = "cell_eq", since = "1.2.0")]
1204 impl<T: ?Sized + Eq> Eq for RefCell<T> {}
1205
1206 #[stable(feature = "cell_ord", since = "1.10.0")]
1207 impl<T: ?Sized + PartialOrd> PartialOrd for RefCell<T> {
1208     /// # Panics
1209     ///
1210     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1211     #[inline]
1212     fn partial_cmp(&self, other: &RefCell<T>) -> Option<Ordering> {
1213         self.borrow().partial_cmp(&*other.borrow())
1214     }
1215
1216     /// # Panics
1217     ///
1218     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1219     #[inline]
1220     fn lt(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1221         *self.borrow() < *other.borrow()
1222     }
1223
1224     /// # Panics
1225     ///
1226     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1227     #[inline]
1228     fn le(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1229         *self.borrow() <= *other.borrow()
1230     }
1231
1232     /// # Panics
1233     ///
1234     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1235     #[inline]
1236     fn gt(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1237         *self.borrow() > *other.borrow()
1238     }
1239
1240     /// # Panics
1241     ///
1242     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1243     #[inline]
1244     fn ge(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1245         *self.borrow() >= *other.borrow()
1246     }
1247 }
1248
1249 #[stable(feature = "cell_ord", since = "1.10.0")]
1250 impl<T: ?Sized + Ord> Ord for RefCell<T> {
1251     /// # Panics
1252     ///
1253     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1254     #[inline]
1255     fn cmp(&self, other: &RefCell<T>) -> Ordering {
1256         self.borrow().cmp(&*other.borrow())
1257     }
1258 }
1259
1260 #[stable(feature = "cell_from", since = "1.12.0")]
1261 #[rustc_const_unstable(feature = "const_convert", issue = "88674")]
1262 impl<T> const From<T> for RefCell<T> {
1263     /// Creates a new `RefCell<T>` containing the given value.
1264     fn from(t: T) -> RefCell<T> {
1265         RefCell::new(t)
1266     }
1267 }
1268
1269 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "18598")]
1270 impl<T: CoerceUnsized<U>, U> CoerceUnsized<RefCell<U>> for RefCell<T> {}
1271
1272 struct BorrowRef<'b> {
1273     borrow: &'b Cell<BorrowFlag>,
1274 }
1275
1276 impl<'b> BorrowRef<'b> {
1277     #[inline]
1278     fn new(borrow: &'b Cell<BorrowFlag>) -> Option<BorrowRef<'b>> {
1279         let b = borrow.get().wrapping_add(1);
1280         if !is_reading(b) {
1281             // Incrementing borrow can result in a non-reading value (<= 0) in these cases:
1282             // 1. It was < 0, i.e. there are writing borrows, so we can't allow a read borrow
1283             //    due to Rust's reference aliasing rules
1284             // 2. It was isize::MAX (the max amount of reading borrows) and it overflowed
1285             //    into isize::MIN (the max amount of writing borrows) so we can't allow
1286             //    an additional read borrow because isize can't represent so many read borrows
1287             //    (this can only happen if you mem::forget more than a small constant amount of
1288             //    `Ref`s, which is not good practice)
1289             None
1290         } else {
1291             // Incrementing borrow can result in a reading value (> 0) in these cases:
1292             // 1. It was = 0, i.e. it wasn't borrowed, and we are taking the first read borrow
1293             // 2. It was > 0 and < isize::MAX, i.e. there were read borrows, and isize
1294             //    is large enough to represent having one more read borrow
1295             borrow.set(b);
1296             Some(BorrowRef { borrow })
1297         }
1298     }
1299 }
1300
1301 impl Drop for BorrowRef<'_> {
1302     #[inline]
1303     fn drop(&mut self) {
1304         let borrow = self.borrow.get();
1305         debug_assert!(is_reading(borrow));
1306         self.borrow.set(borrow - 1);
1307     }
1308 }
1309
1310 impl Clone for BorrowRef<'_> {
1311     #[inline]
1312     fn clone(&self) -> Self {
1313         // Since this Ref exists, we know the borrow flag
1314         // is a reading borrow.
1315         let borrow = self.borrow.get();
1316         debug_assert!(is_reading(borrow));
1317         // Prevent the borrow counter from overflowing into
1318         // a writing borrow.
1319         assert!(borrow != isize::MAX);
1320         self.borrow.set(borrow + 1);
1321         BorrowRef { borrow: self.borrow }
1322     }
1323 }
1324
1325 /// Wraps a borrowed reference to a value in a `RefCell` box.
1326 /// A wrapper type for an immutably borrowed value from a `RefCell<T>`.
1327 ///
1328 /// See the [module-level documentation](self) for more.
1329 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1330 #[must_not_suspend = "holding a Ref across suspend points can cause BorrowErrors"]
1331 pub struct Ref<'b, T: ?Sized + 'b> {
1332     // NB: we use a pointer instead of `&'b T` to avoid `noalias` violations, because a
1333     // `Ref` argument doesn't hold immutability for its whole scope, only until it drops.
1334     // `NonNull` is also covariant over `T`, just like we would have with `&T`.
1335     value: NonNull<T>,
1336     borrow: BorrowRef<'b>,
1337 }
1338
1339 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1340 impl<T: ?Sized> Deref for Ref<'_, T> {
1341     type Target = T;
1342
1343     #[inline]
1344     fn deref(&self) -> &T {
1345         // SAFETY: the value is accessible as long as we hold our borrow.
1346         unsafe { self.value.as_ref() }
1347     }
1348 }
1349
1350 impl<'b, T: ?Sized> Ref<'b, T> {
1351     /// Copies a `Ref`.
1352     ///
1353     /// The `RefCell` is already immutably borrowed, so this cannot fail.
1354     ///
1355     /// This is an associated function that needs to be used as
1356     /// `Ref::clone(...)`. A `Clone` implementation or a method would interfere
1357     /// with the widespread use of `r.borrow().clone()` to clone the contents of
1358     /// a `RefCell`.
1359     #[stable(feature = "cell_extras", since = "1.15.0")]
1360     #[must_use]
1361     #[inline]
1362     pub fn clone(orig: &Ref<'b, T>) -> Ref<'b, T> {
1363         Ref { value: orig.value, borrow: orig.borrow.clone() }
1364     }
1365
1366     /// Makes a new `Ref` for a component of the borrowed data.
1367     ///
1368     /// The `RefCell` is already immutably borrowed, so this cannot fail.
1369     ///
1370     /// This is an associated function that needs to be used as `Ref::map(...)`.
1371     /// A method would interfere with methods of the same name on the contents
1372     /// of a `RefCell` used through `Deref`.
1373     ///
1374     /// # Examples
1375     ///
1376     /// ```
1377     /// use std::cell::{RefCell, Ref};
1378     ///
1379     /// let c = RefCell::new((5, 'b'));
1380     /// let b1: Ref<(u32, char)> = c.borrow();
1381     /// let b2: Ref<u32> = Ref::map(b1, |t| &t.0);
1382     /// assert_eq!(*b2, 5)
1383     /// ```
1384     #[stable(feature = "cell_map", since = "1.8.0")]
1385     #[inline]
1386     pub fn map<U: ?Sized, F>(orig: Ref<'b, T>, f: F) -> Ref<'b, U>
1387     where
1388         F: FnOnce(&T) -> &U,
1389     {
1390         Ref { value: NonNull::from(f(&*orig)), borrow: orig.borrow }
1391     }
1392
1393     /// Makes a new `Ref` for an optional component of the borrowed data. The
1394     /// original guard is returned as an `Err(..)` if the closure returns
1395     /// `None`.
1396     ///
1397     /// The `RefCell` is already immutably borrowed, so this cannot fail.
1398     ///
1399     /// This is an associated function that needs to be used as
1400     /// `Ref::filter_map(...)`. A method would interfere with methods of the same
1401     /// name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1402     ///
1403     /// # Examples
1404     ///
1405     /// ```
1406     /// use std::cell::{RefCell, Ref};
1407     ///
1408     /// let c = RefCell::new(vec![1, 2, 3]);
1409     /// let b1: Ref<Vec<u32>> = c.borrow();
1410     /// let b2: Result<Ref<u32>, _> = Ref::filter_map(b1, |v| v.get(1));
1411     /// assert_eq!(*b2.unwrap(), 2);
1412     /// ```
1413     #[stable(feature = "cell_filter_map", since = "1.63.0")]
1414     #[inline]
1415     pub fn filter_map<U: ?Sized, F>(orig: Ref<'b, T>, f: F) -> Result<Ref<'b, U>, Self>
1416     where
1417         F: FnOnce(&T) -> Option<&U>,
1418     {
1419         match f(&*orig) {
1420             Some(value) => Ok(Ref { value: NonNull::from(value), borrow: orig.borrow }),
1421             None => Err(orig),
1422         }
1423     }
1424
1425     /// Splits a `Ref` into multiple `Ref`s for different components of the
1426     /// borrowed data.
1427     ///
1428     /// The `RefCell` is already immutably borrowed, so this cannot fail.
1429     ///
1430     /// This is an associated function that needs to be used as
1431     /// `Ref::map_split(...)`. A method would interfere with methods of the same
1432     /// name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1433     ///
1434     /// # Examples
1435     ///
1436     /// ```
1437     /// use std::cell::{Ref, RefCell};
1438     ///
1439     /// let cell = RefCell::new([1, 2, 3, 4]);
1440     /// let borrow = cell.borrow();
1441     /// let (begin, end) = Ref::map_split(borrow, |slice| slice.split_at(2));
1442     /// assert_eq!(*begin, [1, 2]);
1443     /// assert_eq!(*end, [3, 4]);
1444     /// ```
1445     #[stable(feature = "refcell_map_split", since = "1.35.0")]
1446     #[inline]
1447     pub fn map_split<U: ?Sized, V: ?Sized, F>(orig: Ref<'b, T>, f: F) -> (Ref<'b, U>, Ref<'b, V>)
1448     where
1449         F: FnOnce(&T) -> (&U, &V),
1450     {
1451         let (a, b) = f(&*orig);
1452         let borrow = orig.borrow.clone();
1453         (
1454             Ref { value: NonNull::from(a), borrow },
1455             Ref { value: NonNull::from(b), borrow: orig.borrow },
1456         )
1457     }
1458
1459     /// Convert into a reference to the underlying data.
1460     ///
1461     /// The underlying `RefCell` can never be mutably borrowed from again and will always appear
1462     /// already immutably borrowed. It is not a good idea to leak more than a constant number of
1463     /// references. The `RefCell` can be immutably borrowed again if only a smaller number of leaks
1464     /// have occurred in total.
1465     ///
1466     /// This is an associated function that needs to be used as
1467     /// `Ref::leak(...)`. A method would interfere with methods of the
1468     /// same name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1469     ///
1470     /// # Examples
1471     ///
1472     /// ```
1473     /// #![feature(cell_leak)]
1474     /// use std::cell::{RefCell, Ref};
1475     /// let cell = RefCell::new(0);
1476     ///
1477     /// let value = Ref::leak(cell.borrow());
1478     /// assert_eq!(*value, 0);
1479     ///
1480     /// assert!(cell.try_borrow().is_ok());
1481     /// assert!(cell.try_borrow_mut().is_err());
1482     /// ```
1483     #[unstable(feature = "cell_leak", issue = "69099")]
1484     pub fn leak(orig: Ref<'b, T>) -> &'b T {
1485         // By forgetting this Ref we ensure that the borrow counter in the RefCell can't go back to
1486         // UNUSED within the lifetime `'b`. Resetting the reference tracking state would require a
1487         // unique reference to the borrowed RefCell. No further mutable references can be created
1488         // from the original cell.
1489         mem::forget(orig.borrow);
1490         // SAFETY: after forgetting, we can form a reference for the rest of lifetime `'b`.
1491         unsafe { orig.value.as_ref() }
1492     }
1493 }
1494
1495 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "18598")]
1496 impl<'b, T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Ref<'b, U>> for Ref<'b, T> {}
1497
1498 #[stable(feature = "std_guard_impls", since = "1.20.0")]
1499 impl<T: ?Sized + fmt::Display> fmt::Display for Ref<'_, T> {
1500     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1501         (**self).fmt(f)
1502     }
1503 }
1504
1505 impl<'b, T: ?Sized> RefMut<'b, T> {
1506     /// Makes a new `RefMut` for a component of the borrowed data, e.g., an enum
1507     /// variant.
1508     ///
1509     /// The `RefCell` is already mutably borrowed, so this cannot fail.
1510     ///
1511     /// This is an associated function that needs to be used as
1512     /// `RefMut::map(...)`. A method would interfere with methods of the same
1513     /// name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1514     ///
1515     /// # Examples
1516     ///
1517     /// ```
1518     /// use std::cell::{RefCell, RefMut};
1519     ///
1520     /// let c = RefCell::new((5, 'b'));
1521     /// {
1522     ///     let b1: RefMut<(u32, char)> = c.borrow_mut();
1523     ///     let mut b2: RefMut<u32> = RefMut::map(b1, |t| &mut t.0);
1524     ///     assert_eq!(*b2, 5);
1525     ///     *b2 = 42;
1526     /// }
1527     /// assert_eq!(*c.borrow(), (42, 'b'));
1528     /// ```
1529     #[stable(feature = "cell_map", since = "1.8.0")]
1530     #[inline]
1531     pub fn map<U: ?Sized, F>(mut orig: RefMut<'b, T>, f: F) -> RefMut<'b, U>
1532     where
1533         F: FnOnce(&mut T) -> &mut U,
1534     {
1535         let value = NonNull::from(f(&mut *orig));
1536         RefMut { value, borrow: orig.borrow, marker: PhantomData }
1537     }
1538
1539     /// Makes a new `RefMut` for an optional component of the borrowed data. The
1540     /// original guard is returned as an `Err(..)` if the closure returns
1541     /// `None`.
1542     ///
1543     /// The `RefCell` is already mutably borrowed, so this cannot fail.
1544     ///
1545     /// This is an associated function that needs to be used as
1546     /// `RefMut::filter_map(...)`. A method would interfere with methods of the
1547     /// same name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1548     ///
1549     /// # Examples
1550     ///
1551     /// ```
1552     /// use std::cell::{RefCell, RefMut};
1553     ///
1554     /// let c = RefCell::new(vec![1, 2, 3]);
1555     ///
1556     /// {
1557     ///     let b1: RefMut<Vec<u32>> = c.borrow_mut();
1558     ///     let mut b2: Result<RefMut<u32>, _> = RefMut::filter_map(b1, |v| v.get_mut(1));
1559     ///
1560     ///     if let Ok(mut b2) = b2 {
1561     ///         *b2 += 2;
1562     ///     }
1563     /// }
1564     ///
1565     /// assert_eq!(*c.borrow(), vec![1, 4, 3]);
1566     /// ```
1567     #[stable(feature = "cell_filter_map", since = "1.63.0")]
1568     #[inline]
1569     pub fn filter_map<U: ?Sized, F>(mut orig: RefMut<'b, T>, f: F) -> Result<RefMut<'b, U>, Self>
1570     where
1571         F: FnOnce(&mut T) -> Option<&mut U>,
1572     {
1573         // SAFETY: function holds onto an exclusive reference for the duration
1574         // of its call through `orig`, and the pointer is only de-referenced
1575         // inside of the function call never allowing the exclusive reference to
1576         // escape.
1577         match f(&mut *orig) {
1578             Some(value) => {
1579                 Ok(RefMut { value: NonNull::from(value), borrow: orig.borrow, marker: PhantomData })
1580             }
1581             None => Err(orig),
1582         }
1583     }
1584
1585     /// Splits a `RefMut` into multiple `RefMut`s for different components of the
1586     /// borrowed data.
1587     ///
1588     /// The underlying `RefCell` will remain mutably borrowed until both
1589     /// returned `RefMut`s go out of scope.
1590     ///
1591     /// The `RefCell` is already mutably borrowed, so this cannot fail.
1592     ///
1593     /// This is an associated function that needs to be used as
1594     /// `RefMut::map_split(...)`. A method would interfere with methods of the
1595     /// same name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1596     ///
1597     /// # Examples
1598     ///
1599     /// ```
1600     /// use std::cell::{RefCell, RefMut};
1601     ///
1602     /// let cell = RefCell::new([1, 2, 3, 4]);
1603     /// let borrow = cell.borrow_mut();
1604     /// let (mut begin, mut end) = RefMut::map_split(borrow, |slice| slice.split_at_mut(2));
1605     /// assert_eq!(*begin, [1, 2]);
1606     /// assert_eq!(*end, [3, 4]);
1607     /// begin.copy_from_slice(&[4, 3]);
1608     /// end.copy_from_slice(&[2, 1]);
1609     /// ```
1610     #[stable(feature = "refcell_map_split", since = "1.35.0")]
1611     #[inline]
1612     pub fn map_split<U: ?Sized, V: ?Sized, F>(
1613         mut orig: RefMut<'b, T>,
1614         f: F,
1615     ) -> (RefMut<'b, U>, RefMut<'b, V>)
1616     where
1617         F: FnOnce(&mut T) -> (&mut U, &mut V),
1618     {
1619         let borrow = orig.borrow.clone();
1620         let (a, b) = f(&mut *orig);
1621         (
1622             RefMut { value: NonNull::from(a), borrow, marker: PhantomData },
1623             RefMut { value: NonNull::from(b), borrow: orig.borrow, marker: PhantomData },
1624         )
1625     }
1626
1627     /// Convert into a mutable reference to the underlying data.
1628     ///
1629     /// The underlying `RefCell` can not be borrowed from again and will always appear already
1630     /// mutably borrowed, making the returned reference the only to the interior.
1631     ///
1632     /// This is an associated function that needs to be used as
1633     /// `RefMut::leak(...)`. A method would interfere with methods of the
1634     /// same name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1635     ///
1636     /// # Examples
1637     ///
1638     /// ```
1639     /// #![feature(cell_leak)]
1640     /// use std::cell::{RefCell, RefMut};
1641     /// let cell = RefCell::new(0);
1642     ///
1643     /// let value = RefMut::leak(cell.borrow_mut());
1644     /// assert_eq!(*value, 0);
1645     /// *value = 1;
1646     ///
1647     /// assert!(cell.try_borrow_mut().is_err());
1648     /// ```
1649     #[unstable(feature = "cell_leak", issue = "69099")]
1650     pub fn leak(mut orig: RefMut<'b, T>) -> &'b mut T {
1651         // By forgetting this BorrowRefMut we ensure that the borrow counter in the RefCell can't
1652         // go back to UNUSED within the lifetime `'b`. Resetting the reference tracking state would
1653         // require a unique reference to the borrowed RefCell. No further references can be created
1654         // from the original cell within that lifetime, making the current borrow the only
1655         // reference for the remaining lifetime.
1656         mem::forget(orig.borrow);
1657         // SAFETY: after forgetting, we can form a reference for the rest of lifetime `'b`.
1658         unsafe { orig.value.as_mut() }
1659     }
1660 }
1661
1662 struct BorrowRefMut<'b> {
1663     borrow: &'b Cell<BorrowFlag>,
1664 }
1665
1666 impl Drop for BorrowRefMut<'_> {
1667     #[inline]
1668     fn drop(&mut self) {
1669         let borrow = self.borrow.get();
1670         debug_assert!(is_writing(borrow));
1671         self.borrow.set(borrow + 1);
1672     }
1673 }
1674
1675 impl<'b> BorrowRefMut<'b> {
1676     #[inline]
1677     fn new(borrow: &'b Cell<BorrowFlag>) -> Option<BorrowRefMut<'b>> {
1678         // NOTE: Unlike BorrowRefMut::clone, new is called to create the initial
1679         // mutable reference, and so there must currently be no existing
1680         // references. Thus, while clone increments the mutable refcount, here
1681         // we explicitly only allow going from UNUSED to UNUSED - 1.
1682         match borrow.get() {
1683             UNUSED => {
1684                 borrow.set(UNUSED - 1);
1685                 Some(BorrowRefMut { borrow })
1686             }
1687             _ => None,
1688         }
1689     }
1690
1691     // Clones a `BorrowRefMut`.
1692     //
1693     // This is only valid if each `BorrowRefMut` is used to track a mutable
1694     // reference to a distinct, nonoverlapping range of the original object.
1695     // This isn't in a Clone impl so that code doesn't call this implicitly.
1696     #[inline]
1697     fn clone(&self) -> BorrowRefMut<'b> {
1698         let borrow = self.borrow.get();
1699         debug_assert!(is_writing(borrow));
1700         // Prevent the borrow counter from underflowing.
1701         assert!(borrow != isize::MIN);
1702         self.borrow.set(borrow - 1);
1703         BorrowRefMut { borrow: self.borrow }
1704     }
1705 }
1706
1707 /// A wrapper type for a mutably borrowed value from a `RefCell<T>`.
1708 ///
1709 /// See the [module-level documentation](self) for more.
1710 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1711 #[must_not_suspend = "holding a RefMut across suspend points can cause BorrowErrors"]
1712 pub struct RefMut<'b, T: ?Sized + 'b> {
1713     // NB: we use a pointer instead of `&'b mut T` to avoid `noalias` violations, because a
1714     // `RefMut` argument doesn't hold exclusivity for its whole scope, only until it drops.
1715     value: NonNull<T>,
1716     borrow: BorrowRefMut<'b>,
1717     // `NonNull` is covariant over `T`, so we need to reintroduce invariance.
1718     marker: PhantomData<&'b mut T>,
1719 }
1720
1721 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1722 impl<T: ?Sized> Deref for RefMut<'_, T> {
1723     type Target = T;
1724
1725     #[inline]
1726     fn deref(&self) -> &T {
1727         // SAFETY: the value is accessible as long as we hold our borrow.
1728         unsafe { self.value.as_ref() }
1729     }
1730 }
1731
1732 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1733 impl<T: ?Sized> DerefMut for RefMut<'_, T> {
1734     #[inline]
1735     fn deref_mut(&mut self) -> &mut T {
1736         // SAFETY: the value is accessible as long as we hold our borrow.
1737         unsafe { self.value.as_mut() }
1738     }
1739 }
1740
1741 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "18598")]
1742 impl<'b, T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<RefMut<'b, U>> for RefMut<'b, T> {}
1743
1744 #[stable(feature = "std_guard_impls", since = "1.20.0")]
1745 impl<T: ?Sized + fmt::Display> fmt::Display for RefMut<'_, T> {
1746     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1747         (**self).fmt(f)
1748     }
1749 }
1750
1751 /// The core primitive for interior mutability in Rust.
1752 ///
1753 /// If you have a reference `&T`, then normally in Rust the compiler performs optimizations based on
1754 /// the knowledge that `&T` points to immutable data. Mutating that data, for example through an
1755 /// alias or by transmuting an `&T` into an `&mut T`, is considered undefined behavior.
1756 /// `UnsafeCell<T>` opts-out of the immutability guarantee for `&T`: a shared reference
1757 /// `&UnsafeCell<T>` may point to data that is being mutated. This is called "interior mutability".
1758 ///
1759 /// All other types that allow internal mutability, such as `Cell<T>` and `RefCell<T>`, internally
1760 /// use `UnsafeCell` to wrap their data.
1761 ///
1762 /// Note that only the immutability guarantee for shared references is affected by `UnsafeCell`. The
1763 /// uniqueness guarantee for mutable references is unaffected. There is *no* legal way to obtain
1764 /// aliasing `&mut`, not even with `UnsafeCell<T>`.
1765 ///
1766 /// The `UnsafeCell` API itself is technically very simple: [`.get()`] gives you a raw pointer
1767 /// `*mut T` to its contents. It is up to _you_ as the abstraction designer to use that raw pointer
1768 /// correctly.
1769 ///
1770 /// [`.get()`]: `UnsafeCell::get`
1771 ///
1772 /// The precise Rust aliasing rules are somewhat in flux, but the main points are not contentious:
1773 ///
1774 /// - If you create a safe reference with lifetime `'a` (either a `&T` or `&mut T` reference), then
1775 /// you must not access the data in any way that contradicts that reference for the remainder of
1776 /// `'a`. For example, this means that if you take the `*mut T` from an `UnsafeCell<T>` and cast it
1777 /// to an `&T`, then the data in `T` must remain immutable (modulo any `UnsafeCell` data found
1778 /// within `T`, of course) until that reference's lifetime expires. Similarly, if you create a `&mut
1779 /// T` reference that is released to safe code, then you must not access the data within the
1780 /// `UnsafeCell` until that reference expires.
1781 ///
1782 /// - For both `&T` without `UnsafeCell<_>` and `&mut T`, you must also not deallocate the data
1783 /// until the reference expires. As a special exception, given an `&T`, any part of it that is
1784 /// inside an `UnsafeCell<_>` may be deallocated during the lifetime of the reference, after the
1785 /// last time the reference is used (dereferenced or reborrowed). Since you cannot deallocate a part
1786 /// of what a reference points to, this means the memory an `&T` points to can be deallocated only if
1787 /// *every part of it* (including padding) is inside an `UnsafeCell`.
1788 ///
1789 ///     However, whenever a `&UnsafeCell<T>` is constructed or dereferenced, it must still point to
1790 /// live memory and the compiler is allowed to insert spurious reads if it can prove that this
1791 /// memory has not yet been deallocated.
1792 ///
1793 /// - At all times, you must avoid data races. If multiple threads have access to
1794 /// the same `UnsafeCell`, then any writes must have a proper happens-before relation to all other
1795 /// accesses (or use atomics).
1796 ///
1797 /// To assist with proper design, the following scenarios are explicitly declared legal
1798 /// for single-threaded code:
1799 ///
1800 /// 1. A `&T` reference can be released to safe code and there it can co-exist with other `&T`
1801 /// references, but not with a `&mut T`
1802 ///
1803 /// 2. A `&mut T` reference may be released to safe code provided neither other `&mut T` nor `&T`
1804 /// co-exist with it. A `&mut T` must always be unique.
1805 ///
1806 /// Note that whilst mutating the contents of an `&UnsafeCell<T>` (even while other
1807 /// `&UnsafeCell<T>` references alias the cell) is
1808 /// ok (provided you enforce the above invariants some other way), it is still undefined behavior
1809 /// to have multiple `&mut UnsafeCell<T>` aliases. That is, `UnsafeCell` is a wrapper
1810 /// designed to have a special interaction with _shared_ accesses (_i.e._, through an
1811 /// `&UnsafeCell<_>` reference); there is no magic whatsoever when dealing with _exclusive_
1812 /// accesses (_e.g._, through an `&mut UnsafeCell<_>`): neither the cell nor the wrapped value
1813 /// may be aliased for the duration of that `&mut` borrow.
1814 /// This is showcased by the [`.get_mut()`] accessor, which is a _safe_ getter that yields
1815 /// a `&mut T`.
1816 ///
1817 /// [`.get_mut()`]: `UnsafeCell::get_mut`
1818 ///
1819 /// # Memory layout
1820 ///
1821 /// `UnsafeCell<T>` has the same in-memory representation as its inner type `T`. A consequence
1822 /// of this guarantee is that it is possible to convert between `T` and `UnsafeCell<T>`.
1823 /// Special care has to be taken when converting a nested `T` inside of an `Outer<T>` type
1824 /// to an `Outer<UnsafeCell<T>>` type: this is not sound when the `Outer<T>` type enables [niche]
1825 /// optimizations. For example, the type `Option<NonNull<u8>>` is typically 8 bytes large on
1826 /// 64-bit platforms, but the type `Option<UnsafeCell<NonNull<u8>>>` takes up 16 bytes of space.
1827 /// Therefore this is not a valid conversion, despite `NonNull<u8>` and `UnsafeCell<NonNull<u8>>>`
1828 /// having the same memory layout. This is because `UnsafeCell` disables niche optimizations in
1829 /// order to avoid its interior mutability property from spreading from `T` into the `Outer` type,
1830 /// thus this can cause distortions in the type size in these cases.
1831 ///
1832 /// Note that the only valid way to obtain a `*mut T` pointer to the contents of a
1833 /// _shared_ `UnsafeCell<T>` is through [`.get()`]  or [`.raw_get()`]. A `&mut T` reference
1834 /// can be obtained by either dereferencing this pointer or by calling [`.get_mut()`]
1835 /// on an _exclusive_ `UnsafeCell<T>`. Even though `T` and `UnsafeCell<T>` have the
1836 /// same memory layout, the following is not allowed and undefined behavior:
1837 ///
1838 /// ```rust,no_run
1839 /// # use std::cell::UnsafeCell;
1840 /// unsafe fn not_allowed<T>(ptr: &UnsafeCell<T>) -> &mut T {
1841 ///   let t = ptr as *const UnsafeCell<T> as *mut T;
1842 ///   // This is undefined behavior, because the `*mut T` pointer
1843 ///   // was not obtained through `.get()` nor `.raw_get()`:
1844 ///   unsafe { &mut *t }
1845 /// }
1846 /// ```
1847 ///
1848 /// Instead, do this:
1849 ///
1850 /// ```rust
1851 /// # use std::cell::UnsafeCell;
1852 /// // Safety: the caller must ensure that there are no references that
1853 /// // point to the *contents* of the `UnsafeCell`.
1854 /// unsafe fn get_mut<T>(ptr: &UnsafeCell<T>) -> &mut T {
1855 ///   unsafe { &mut *ptr.get() }
1856 /// }
1857 /// ```
1858 ///
1859 /// Converting in the other direction from a `&mut T`
1860 /// to an `&UnsafeCell<T>` is allowed:
1861 ///
1862 /// ```rust
1863 /// # use std::cell::UnsafeCell;
1864 /// fn get_shared<T>(ptr: &mut T) -> &UnsafeCell<T> {
1865 ///   let t = ptr as *mut T as *const UnsafeCell<T>;
1866 ///   // SAFETY: `T` and `UnsafeCell<T>` have the same memory layout
1867 ///   unsafe { &*t }
1868 /// }
1869 /// ```
1870 ///
1871 /// [niche]: https://rust-lang.github.io/unsafe-code-guidelines/glossary.html#niche
1872 /// [`.raw_get()`]: `UnsafeCell::raw_get`
1873 ///
1874 /// # Examples
1875 ///
1876 /// Here is an example showcasing how to soundly mutate the contents of an `UnsafeCell<_>` despite
1877 /// there being multiple references aliasing the cell:
1878 ///
1879 /// ```
1880 /// use std::cell::UnsafeCell;
1881 ///
1882 /// let x: UnsafeCell<i32> = 42.into();
1883 /// // Get multiple / concurrent / shared references to the same `x`.
1884 /// let (p1, p2): (&UnsafeCell<i32>, &UnsafeCell<i32>) = (&x, &x);
1885 ///
1886 /// unsafe {
1887 ///     // SAFETY: within this scope there are no other references to `x`'s contents,
1888 ///     // so ours is effectively unique.
1889 ///     let p1_exclusive: &mut i32 = &mut *p1.get(); // -- borrow --+
1890 ///     *p1_exclusive += 27; //                                     |
1891 /// } // <---------- cannot go beyond this point -------------------+
1892 ///
1893 /// unsafe {
1894 ///     // SAFETY: within this scope nobody expects to have exclusive access to `x`'s contents,
1895 ///     // so we can have multiple shared accesses concurrently.
1896 ///     let p2_shared: &i32 = &*p2.get();
1897 ///     assert_eq!(*p2_shared, 42 + 27);
1898 ///     let p1_shared: &i32 = &*p1.get();
1899 ///     assert_eq!(*p1_shared, *p2_shared);
1900 /// }
1901 /// ```
1902 ///
1903 /// The following example showcases the fact that exclusive access to an `UnsafeCell<T>`
1904 /// implies exclusive access to its `T`:
1905 ///
1906 /// ```rust
1907 /// #![forbid(unsafe_code)] // with exclusive accesses,
1908 ///                         // `UnsafeCell` is a transparent no-op wrapper,
1909 ///                         // so no need for `unsafe` here.
1910 /// use std::cell::UnsafeCell;
1911 ///
1912 /// let mut x: UnsafeCell<i32> = 42.into();
1913 ///
1914 /// // Get a compile-time-checked unique reference to `x`.
1915 /// let p_unique: &mut UnsafeCell<i32> = &mut x;
1916 /// // With an exclusive reference, we can mutate the contents for free.
1917 /// *p_unique.get_mut() = 0;
1918 /// // Or, equivalently:
1919 /// x = UnsafeCell::new(0);
1920 ///
1921 /// // When we own the value, we can extract the contents for free.
1922 /// let contents: i32 = x.into_inner();
1923 /// assert_eq!(contents, 0);
1924 /// ```
1925 #[lang = "unsafe_cell"]
1926 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1927 #[repr(transparent)]
1928 pub struct UnsafeCell<T: ?Sized> {
1929     value: T,
1930 }
1931
1932 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1933 impl<T: ?Sized> !Sync for UnsafeCell<T> {}
1934
1935 impl<T> UnsafeCell<T> {
1936     /// Constructs a new instance of `UnsafeCell` which will wrap the specified
1937     /// value.
1938     ///
1939     /// All access to the inner value through `&UnsafeCell<T>` requires `unsafe` code.
1940     ///
1941     /// # Examples
1942     ///
1943     /// ```
1944     /// use std::cell::UnsafeCell;
1945     ///
1946     /// let uc = UnsafeCell::new(5);
1947     /// ```
1948     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1949     #[rustc_const_stable(feature = "const_unsafe_cell_new", since = "1.32.0")]
1950     #[inline(always)]
1951     pub const fn new(value: T) -> UnsafeCell<T> {
1952         UnsafeCell { value }
1953     }
1954
1955     /// Unwraps the value.
1956     ///
1957     /// # Examples
1958     ///
1959     /// ```
1960     /// use std::cell::UnsafeCell;
1961     ///
1962     /// let uc = UnsafeCell::new(5);
1963     ///
1964     /// let five = uc.into_inner();
1965     /// ```
1966     #[inline(always)]
1967     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1968     #[rustc_const_unstable(feature = "const_cell_into_inner", issue = "78729")]
1969     pub const fn into_inner(self) -> T {
1970         self.value
1971     }
1972 }
1973
1974 impl<T: ?Sized> UnsafeCell<T> {
1975     /// Gets a mutable pointer to the wrapped value.
1976     ///
1977     /// This can be cast to a pointer of any kind.
1978     /// Ensure that the access is unique (no active references, mutable or not)
1979     /// when casting to `&mut T`, and ensure that there are no mutations
1980     /// or mutable aliases going on when casting to `&T`
1981     ///
1982     /// # Examples
1983     ///
1984     /// ```
1985     /// use std::cell::UnsafeCell;
1986     ///
1987     /// let uc = UnsafeCell::new(5);
1988     ///
1989     /// let five = uc.get();
1990     /// ```
1991     #[inline(always)]
1992     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1993     #[rustc_const_stable(feature = "const_unsafecell_get", since = "1.32.0")]
1994     pub const fn get(&self) -> *mut T {
1995         // We can just cast the pointer from `UnsafeCell<T>` to `T` because of
1996         // #[repr(transparent)]. This exploits libstd's special status, there is
1997         // no guarantee for user code that this will work in future versions of the compiler!
1998         self as *const UnsafeCell<T> as *const T as *mut T
1999     }
2000
2001     /// Returns a mutable reference to the underlying data.
2002     ///
2003     /// This call borrows the `UnsafeCell` mutably (at compile-time) which
2004     /// guarantees that we possess the only reference.
2005     ///
2006     /// # Examples
2007     ///
2008     /// ```
2009     /// use std::cell::UnsafeCell;
2010     ///
2011     /// let mut c = UnsafeCell::new(5);
2012     /// *c.get_mut() += 1;
2013     ///
2014     /// assert_eq!(*c.get_mut(), 6);
2015     /// ```
2016     #[inline(always)]
2017     #[stable(feature = "unsafe_cell_get_mut", since = "1.50.0")]
2018     #[rustc_const_unstable(feature = "const_unsafecell_get_mut", issue = "88836")]
2019     pub const fn get_mut(&mut self) -> &mut T {
2020         &mut self.value
2021     }
2022
2023     /// Gets a mutable pointer to the wrapped value.
2024     /// The difference from [`get`] is that this function accepts a raw pointer,
2025     /// which is useful to avoid the creation of temporary references.
2026     ///
2027     /// The result can be cast to a pointer of any kind.
2028     /// Ensure that the access is unique (no active references, mutable or not)
2029     /// when casting to `&mut T`, and ensure that there are no mutations
2030     /// or mutable aliases going on when casting to `&T`.
2031     ///
2032     /// [`get`]: UnsafeCell::get()
2033     ///
2034     /// # Examples
2035     ///
2036     /// Gradual initialization of an `UnsafeCell` requires `raw_get`, as
2037     /// calling `get` would require creating a reference to uninitialized data:
2038     ///
2039     /// ```
2040     /// use std::cell::UnsafeCell;
2041     /// use std::mem::MaybeUninit;
2042     ///
2043     /// let m = MaybeUninit::<UnsafeCell<i32>>::uninit();
2044     /// unsafe { UnsafeCell::raw_get(m.as_ptr()).write(5); }
2045     /// let uc = unsafe { m.assume_init() };
2046     ///
2047     /// assert_eq!(uc.into_inner(), 5);
2048     /// ```
2049     #[inline(always)]
2050     #[stable(feature = "unsafe_cell_raw_get", since = "1.56.0")]
2051     #[rustc_const_stable(feature = "unsafe_cell_raw_get", since = "1.56.0")]
2052     pub const fn raw_get(this: *const Self) -> *mut T {
2053         // We can just cast the pointer from `UnsafeCell<T>` to `T` because of
2054         // #[repr(transparent)]. This exploits libstd's special status, there is
2055         // no guarantee for user code that this will work in future versions of the compiler!
2056         this as *const T as *mut T
2057     }
2058 }
2059
2060 #[stable(feature = "unsafe_cell_default", since = "1.10.0")]
2061 impl<T: Default> Default for UnsafeCell<T> {
2062     /// Creates an `UnsafeCell`, with the `Default` value for T.
2063     fn default() -> UnsafeCell<T> {
2064         UnsafeCell::new(Default::default())
2065     }
2066 }
2067
2068 #[stable(feature = "cell_from", since = "1.12.0")]
2069 #[rustc_const_unstable(feature = "const_convert", issue = "88674")]
2070 impl<T> const From<T> for UnsafeCell<T> {
2071     /// Creates a new `UnsafeCell<T>` containing the given value.
2072     fn from(t: T) -> UnsafeCell<T> {
2073         UnsafeCell::new(t)
2074     }
2075 }
2076
2077 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "18598")]
2078 impl<T: CoerceUnsized<U>, U> CoerceUnsized<UnsafeCell<U>> for UnsafeCell<T> {}
2079
2080 /// [`UnsafeCell`], but [`Sync`].
2081 ///
2082 /// This is just an `UnsafeCell`, except it implements `Sync`
2083 /// if `T` implements `Sync`.
2084 ///
2085 /// `UnsafeCell` doesn't implement `Sync`, to prevent accidental mis-use.
2086 /// You can use `SyncUnsafeCell` instead of `UnsafeCell` to allow it to be
2087 /// shared between threads, if that's intentional.
2088 /// Providing proper synchronization is still the task of the user,
2089 /// making this type just as unsafe to use.
2090 ///
2091 /// See [`UnsafeCell`] for details.
2092 #[unstable(feature = "sync_unsafe_cell", issue = "95439")]
2093 #[repr(transparent)]
2094 pub struct SyncUnsafeCell<T: ?Sized> {
2095     value: UnsafeCell<T>,
2096 }
2097
2098 #[unstable(feature = "sync_unsafe_cell", issue = "95439")]
2099 unsafe impl<T: ?Sized + Sync> Sync for SyncUnsafeCell<T> {}
2100
2101 #[unstable(feature = "sync_unsafe_cell", issue = "95439")]
2102 impl<T> SyncUnsafeCell<T> {
2103     /// Constructs a new instance of `SyncUnsafeCell` which will wrap the specified value.
2104     #[inline]
2105     pub const fn new(value: T) -> Self {
2106         Self { value: UnsafeCell { value } }
2107     }
2108
2109     /// Unwraps the value.
2110     #[inline]
2111     pub const fn into_inner(self) -> T {
2112         self.value.into_inner()
2113     }
2114 }
2115
2116 #[unstable(feature = "sync_unsafe_cell", issue = "95439")]
2117 impl<T: ?Sized> SyncUnsafeCell<T> {
2118     /// Gets a mutable pointer to the wrapped value.
2119     ///
2120     /// This can be cast to a pointer of any kind.
2121     /// Ensure that the access is unique (no active references, mutable or not)
2122     /// when casting to `&mut T`, and ensure that there are no mutations
2123     /// or mutable aliases going on when casting to `&T`
2124     #[inline]
2125     pub const fn get(&self) -> *mut T {
2126         self.value.get()
2127     }
2128
2129     /// Returns a mutable reference to the underlying data.
2130     ///
2131     /// This call borrows the `SyncUnsafeCell` mutably (at compile-time) which
2132     /// guarantees that we possess the only reference.
2133     #[inline]
2134     pub const fn get_mut(&mut self) -> &mut T {
2135         self.value.get_mut()
2136     }
2137
2138     /// Gets a mutable pointer to the wrapped value.
2139     ///
2140     /// See [`UnsafeCell::get`] for details.
2141     #[inline]
2142     pub const fn raw_get(this: *const Self) -> *mut T {
2143         // We can just cast the pointer from `SyncUnsafeCell<T>` to `T` because
2144         // of #[repr(transparent)] on both SyncUnsafeCell and UnsafeCell.
2145         // See UnsafeCell::raw_get.
2146         this as *const T as *mut T
2147     }
2148 }
2149
2150 #[unstable(feature = "sync_unsafe_cell", issue = "95439")]
2151 impl<T: Default> Default for SyncUnsafeCell<T> {
2152     /// Creates an `SyncUnsafeCell`, with the `Default` value for T.
2153     fn default() -> SyncUnsafeCell<T> {
2154         SyncUnsafeCell::new(Default::default())
2155     }
2156 }
2157
2158 #[unstable(feature = "sync_unsafe_cell", issue = "95439")]
2159 #[rustc_const_unstable(feature = "const_convert", issue = "88674")]
2160 impl<T> const From<T> for SyncUnsafeCell<T> {
2161     /// Creates a new `SyncUnsafeCell<T>` containing the given value.
2162     fn from(t: T) -> SyncUnsafeCell<T> {
2163         SyncUnsafeCell::new(t)
2164     }
2165 }
2166
2167 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "18598")]
2168 //#[unstable(feature = "sync_unsafe_cell", issue = "95439")]
2169 impl<T: CoerceUnsized<U>, U> CoerceUnsized<SyncUnsafeCell<U>> for SyncUnsafeCell<T> {}
2170
2171 #[allow(unused)]
2172 fn assert_coerce_unsized(
2173     a: UnsafeCell<&i32>,
2174     b: SyncUnsafeCell<&i32>,
2175     c: Cell<&i32>,
2176     d: RefCell<&i32>,
2177 ) {
2178     let _: UnsafeCell<&dyn Send> = a;
2179     let _: SyncUnsafeCell<&dyn Send> = b;
2180     let _: Cell<&dyn Send> = c;
2181     let _: RefCell<&dyn Send> = d;
2182 }