]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - library/core/src/marker.rs
Rollup merge of #79293 - Havvy:test-eval-order-compound-assign, r=Mark-Simulacrum
[rust.git] / library / core / src / marker.rs
1 //! Primitive traits and types representing basic properties of types.
2 //!
3 //! Rust types can be classified in various useful ways according to
4 //! their intrinsic properties. These classifications are represented
5 //! as traits.
6
7 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
8
9 use crate::cell::UnsafeCell;
10 use crate::cmp;
11 use crate::fmt::Debug;
12 use crate::hash::Hash;
13 use crate::hash::Hasher;
14
15 /// Types that can be transferred across thread boundaries.
16 ///
17 /// This trait is automatically implemented when the compiler determines it's
18 /// appropriate.
19 ///
20 /// An example of a non-`Send` type is the reference-counting pointer
21 /// [`rc::Rc`][`Rc`]. If two threads attempt to clone [`Rc`]s that point to the same
22 /// reference-counted value, they might try to update the reference count at the
23 /// same time, which is [undefined behavior][ub] because [`Rc`] doesn't use atomic
24 /// operations. Its cousin [`sync::Arc`][arc] does use atomic operations (incurring
25 /// some overhead) and thus is `Send`.
26 ///
27 /// See [the Nomicon](../../nomicon/send-and-sync.html) for more details.
28 ///
29 /// [`Rc`]: ../../std/rc/struct.Rc.html
30 /// [arc]: ../../std/sync/struct.Arc.html
31 /// [ub]: ../../reference/behavior-considered-undefined.html
32 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
33 #[cfg_attr(not(test), rustc_diagnostic_item = "send_trait")]
34 #[rustc_on_unimplemented(
35     message = "`{Self}` cannot be sent between threads safely",
36     label = "`{Self}` cannot be sent between threads safely"
37 )]
38 pub unsafe auto trait Send {
39     // empty.
40 }
41
42 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
43 impl<T: ?Sized> !Send for *const T {}
44 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
45 impl<T: ?Sized> !Send for *mut T {}
46
47 /// Types with a constant size known at compile time.
48 ///
49 /// All type parameters have an implicit bound of `Sized`. The special syntax
50 /// `?Sized` can be used to remove this bound if it's not appropriate.
51 ///
52 /// ```
53 /// # #![allow(dead_code)]
54 /// struct Foo<T>(T);
55 /// struct Bar<T: ?Sized>(T);
56 ///
57 /// // struct FooUse(Foo<[i32]>); // error: Sized is not implemented for [i32]
58 /// struct BarUse(Bar<[i32]>); // OK
59 /// ```
60 ///
61 /// The one exception is the implicit `Self` type of a trait. A trait does not
62 /// have an implicit `Sized` bound as this is incompatible with [trait object]s
63 /// where, by definition, the trait needs to work with all possible implementors,
64 /// and thus could be any size.
65 ///
66 /// Although Rust will let you bind `Sized` to a trait, you won't
67 /// be able to use it to form a trait object later:
68 ///
69 /// ```
70 /// # #![allow(unused_variables)]
71 /// trait Foo { }
72 /// trait Bar: Sized { }
73 ///
74 /// struct Impl;
75 /// impl Foo for Impl { }
76 /// impl Bar for Impl { }
77 ///
78 /// let x: &dyn Foo = &Impl;    // OK
79 /// // let y: &dyn Bar = &Impl; // error: the trait `Bar` cannot
80 ///                             // be made into an object
81 /// ```
82 ///
83 /// [trait object]: ../../book/ch17-02-trait-objects.html
84 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
85 #[lang = "sized"]
86 #[rustc_on_unimplemented(
87     message = "the size for values of type `{Self}` cannot be known at compilation time",
88     label = "doesn't have a size known at compile-time"
89 )]
90 #[fundamental] // for Default, for example, which requires that `[T]: !Default` be evaluatable
91 #[rustc_specialization_trait]
92 pub trait Sized {
93     // Empty.
94 }
95
96 /// Types that can be "unsized" to a dynamically-sized type.
97 ///
98 /// For example, the sized array type `[i8; 2]` implements `Unsize<[i8]>` and
99 /// `Unsize<dyn fmt::Debug>`.
100 ///
101 /// All implementations of `Unsize` are provided automatically by the compiler.
102 ///
103 /// `Unsize` is implemented for:
104 ///
105 /// - `[T; N]` is `Unsize<[T]>`
106 /// - `T` is `Unsize<dyn Trait>` when `T: Trait`
107 /// - `Foo<..., T, ...>` is `Unsize<Foo<..., U, ...>>` if:
108 ///   - `T: Unsize<U>`
109 ///   - Foo is a struct
110 ///   - Only the last field of `Foo` has a type involving `T`
111 ///   - `T` is not part of the type of any other fields
112 ///   - `Bar<T>: Unsize<Bar<U>>`, if the last field of `Foo` has type `Bar<T>`
113 ///
114 /// `Unsize` is used along with [`ops::CoerceUnsized`] to allow
115 /// "user-defined" containers such as [`Rc`] to contain dynamically-sized
116 /// types. See the [DST coercion RFC][RFC982] and [the nomicon entry on coercion][nomicon-coerce]
117 /// for more details.
118 ///
119 /// [`ops::CoerceUnsized`]: crate::ops::CoerceUnsized
120 /// [`Rc`]: ../../std/rc/struct.Rc.html
121 /// [RFC982]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/0982-dst-coercion.md
122 /// [nomicon-coerce]: ../../nomicon/coercions.html
123 #[unstable(feature = "unsize", issue = "27732")]
124 #[lang = "unsize"]
125 pub trait Unsize<T: ?Sized> {
126     // Empty.
127 }
128
129 /// Required trait for constants used in pattern matches.
130 ///
131 /// Any type that derives `PartialEq` automatically implements this trait,
132 /// *regardless* of whether its type-parameters implement `Eq`.
133 ///
134 /// If a `const` item contains some type that does not implement this trait,
135 /// then that type either (1.) does not implement `PartialEq` (which means the
136 /// constant will not provide that comparison method, which code generation
137 /// assumes is available), or (2.) it implements *its own* version of
138 /// `PartialEq` (which we assume does not conform to a structural-equality
139 /// comparison).
140 ///
141 /// In either of the two scenarios above, we reject usage of such a constant in
142 /// a pattern match.
143 ///
144 /// See also the [structural match RFC][RFC1445], and [issue 63438] which
145 /// motivated migrating from attribute-based design to this trait.
146 ///
147 /// [RFC1445]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/1445-restrict-constants-in-patterns.md
148 /// [issue 63438]: https://github.com/rust-lang/rust/issues/63438
149 #[unstable(feature = "structural_match", issue = "31434")]
150 #[rustc_on_unimplemented(message = "the type `{Self}` does not `#[derive(PartialEq)]`")]
151 #[lang = "structural_peq"]
152 pub trait StructuralPartialEq {
153     // Empty.
154 }
155
156 /// Required trait for constants used in pattern matches.
157 ///
158 /// Any type that derives `Eq` automatically implements this trait, *regardless*
159 /// of whether its type parameters implement `Eq`.
160 ///
161 /// This is a hack to work around a limitation in our type system.
162 ///
163 /// # Background
164 ///
165 /// We want to require that types of consts used in pattern matches
166 /// have the attribute `#[derive(PartialEq, Eq)]`.
167 ///
168 /// In a more ideal world, we could check that requirement by just checking that
169 /// the given type implements both the `StructuralPartialEq` trait *and*
170 /// the `Eq` trait. However, you can have ADTs that *do* `derive(PartialEq, Eq)`,
171 /// and be a case that we want the compiler to accept, and yet the constant's
172 /// type fails to implement `Eq`.
173 ///
174 /// Namely, a case like this:
175 ///
176 /// ```rust
177 /// #[derive(PartialEq, Eq)]
178 /// struct Wrap<X>(X);
179 ///
180 /// fn higher_order(_: &()) { }
181 ///
182 /// const CFN: Wrap<fn(&())> = Wrap(higher_order);
183 ///
184 /// fn main() {
185 ///     match CFN {
186 ///         CFN => {}
187 ///         _ => {}
188 ///     }
189 /// }
190 /// ```
191 ///
192 /// (The problem in the above code is that `Wrap<fn(&())>` does not implement
193 /// `PartialEq`, nor `Eq`, because `for<'a> fn(&'a _)` does not implement those
194 /// traits.)
195 ///
196 /// Therefore, we cannot rely on naive check for `StructuralPartialEq` and
197 /// mere `Eq`.
198 ///
199 /// As a hack to work around this, we use two separate traits injected by each
200 /// of the two derives (`#[derive(PartialEq)]` and `#[derive(Eq)]`) and check
201 /// that both of them are present as part of structural-match checking.
202 #[unstable(feature = "structural_match", issue = "31434")]
203 #[rustc_on_unimplemented(message = "the type `{Self}` does not `#[derive(Eq)]`")]
204 #[lang = "structural_teq"]
205 pub trait StructuralEq {
206     // Empty.
207 }
208
209 /// Types whose values can be duplicated simply by copying bits.
210 ///
211 /// By default, variable bindings have 'move semantics.' In other
212 /// words:
213 ///
214 /// ```
215 /// #[derive(Debug)]
216 /// struct Foo;
217 ///
218 /// let x = Foo;
219 ///
220 /// let y = x;
221 ///
222 /// // `x` has moved into `y`, and so cannot be used
223 ///
224 /// // println!("{:?}", x); // error: use of moved value
225 /// ```
226 ///
227 /// However, if a type implements `Copy`, it instead has 'copy semantics':
228 ///
229 /// ```
230 /// // We can derive a `Copy` implementation. `Clone` is also required, as it's
231 /// // a supertrait of `Copy`.
232 /// #[derive(Debug, Copy, Clone)]
233 /// struct Foo;
234 ///
235 /// let x = Foo;
236 ///
237 /// let y = x;
238 ///
239 /// // `y` is a copy of `x`
240 ///
241 /// println!("{:?}", x); // A-OK!
242 /// ```
243 ///
244 /// It's important to note that in these two examples, the only difference is whether you
245 /// are allowed to access `x` after the assignment. Under the hood, both a copy and a move
246 /// can result in bits being copied in memory, although this is sometimes optimized away.
247 ///
248 /// ## How can I implement `Copy`?
249 ///
250 /// There are two ways to implement `Copy` on your type. The simplest is to use `derive`:
251 ///
252 /// ```
253 /// #[derive(Copy, Clone)]
254 /// struct MyStruct;
255 /// ```
256 ///
257 /// You can also implement `Copy` and `Clone` manually:
258 ///
259 /// ```
260 /// struct MyStruct;
261 ///
262 /// impl Copy for MyStruct { }
263 ///
264 /// impl Clone for MyStruct {
265 ///     fn clone(&self) -> MyStruct {
266 ///         *self
267 ///     }
268 /// }
269 /// ```
270 ///
271 /// There is a small difference between the two: the `derive` strategy will also place a `Copy`
272 /// bound on type parameters, which isn't always desired.
273 ///
274 /// ## What's the difference between `Copy` and `Clone`?
275 ///
276 /// Copies happen implicitly, for example as part of an assignment `y = x`. The behavior of
277 /// `Copy` is not overloadable; it is always a simple bit-wise copy.
278 ///
279 /// Cloning is an explicit action, `x.clone()`. The implementation of [`Clone`] can
280 /// provide any type-specific behavior necessary to duplicate values safely. For example,
281 /// the implementation of [`Clone`] for [`String`] needs to copy the pointed-to string
282 /// buffer in the heap. A simple bitwise copy of [`String`] values would merely copy the
283 /// pointer, leading to a double free down the line. For this reason, [`String`] is [`Clone`]
284 /// but not `Copy`.
285 ///
286 /// [`Clone`] is a supertrait of `Copy`, so everything which is `Copy` must also implement
287 /// [`Clone`]. If a type is `Copy` then its [`Clone`] implementation only needs to return `*self`
288 /// (see the example above).
289 ///
290 /// ## When can my type be `Copy`?
291 ///
292 /// A type can implement `Copy` if all of its components implement `Copy`. For example, this
293 /// struct can be `Copy`:
294 ///
295 /// ```
296 /// # #[allow(dead_code)]
297 /// #[derive(Copy, Clone)]
298 /// struct Point {
299 ///    x: i32,
300 ///    y: i32,
301 /// }
302 /// ```
303 ///
304 /// A struct can be `Copy`, and [`i32`] is `Copy`, therefore `Point` is eligible to be `Copy`.
305 /// By contrast, consider
306 ///
307 /// ```
308 /// # #![allow(dead_code)]
309 /// # struct Point;
310 /// struct PointList {
311 ///     points: Vec<Point>,
312 /// }
313 /// ```
314 ///
315 /// The struct `PointList` cannot implement `Copy`, because [`Vec<T>`] is not `Copy`. If we
316 /// attempt to derive a `Copy` implementation, we'll get an error:
317 ///
318 /// ```text
319 /// the trait `Copy` may not be implemented for this type; field `points` does not implement `Copy`
320 /// ```
321 ///
322 /// Shared references (`&T`) are also `Copy`, so a type can be `Copy`, even when it holds
323 /// shared references of types `T` that are *not* `Copy`. Consider the following struct,
324 /// which can implement `Copy`, because it only holds a *shared reference* to our non-`Copy`
325 /// type `PointList` from above:
326 ///
327 /// ```
328 /// # #![allow(dead_code)]
329 /// # struct PointList;
330 /// #[derive(Copy, Clone)]
331 /// struct PointListWrapper<'a> {
332 ///     point_list_ref: &'a PointList,
333 /// }
334 /// ```
335 ///
336 /// ## When *can't* my type be `Copy`?
337 ///
338 /// Some types can't be copied safely. For example, copying `&mut T` would create an aliased
339 /// mutable reference. Copying [`String`] would duplicate responsibility for managing the
340 /// [`String`]'s buffer, leading to a double free.
341 ///
342 /// Generalizing the latter case, any type implementing [`Drop`] can't be `Copy`, because it's
343 /// managing some resource besides its own [`size_of::<T>`] bytes.
344 ///
345 /// If you try to implement `Copy` on a struct or enum containing non-`Copy` data, you will get
346 /// the error [E0204].
347 ///
348 /// [E0204]: ../../error-index.html#E0204
349 ///
350 /// ## When *should* my type be `Copy`?
351 ///
352 /// Generally speaking, if your type _can_ implement `Copy`, it should. Keep in mind, though,
353 /// that implementing `Copy` is part of the public API of your type. If the type might become
354 /// non-`Copy` in the future, it could be prudent to omit the `Copy` implementation now, to
355 /// avoid a breaking API change.
356 ///
357 /// ## Additional implementors
358 ///
359 /// In addition to the [implementors listed below][impls],
360 /// the following types also implement `Copy`:
361 ///
362 /// * Function item types (i.e., the distinct types defined for each function)
363 /// * Function pointer types (e.g., `fn() -> i32`)
364 /// * Array types, for all sizes, if the item type also implements `Copy` (e.g., `[i32; 123456]`)
365 /// * Tuple types, if each component also implements `Copy` (e.g., `()`, `(i32, bool)`)
366 /// * Closure types, if they capture no value from the environment
367 ///   or if all such captured values implement `Copy` themselves.
368 ///   Note that variables captured by shared reference always implement `Copy`
369 ///   (even if the referent doesn't),
370 ///   while variables captured by mutable reference never implement `Copy`.
371 ///
372 /// [`Vec<T>`]: ../../std/vec/struct.Vec.html
373 /// [`String`]: ../../std/string/struct.String.html
374 /// [`size_of::<T>`]: crate::mem::size_of
375 /// [impls]: #implementors
376 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
377 #[lang = "copy"]
378 // FIXME(matthewjasper) This allows copying a type that doesn't implement
379 // `Copy` because of unsatisfied lifetime bounds (copying `A<'_>` when only
380 // `A<'static>: Copy` and `A<'_>: Clone`).
381 // We have this attribute here for now only because there are quite a few
382 // existing specializations on `Copy` that already exist in the standard
383 // library, and there's no way to safely have this behavior right now.
384 #[rustc_unsafe_specialization_marker]
385 pub trait Copy: Clone {
386     // Empty.
387 }
388
389 /// Derive macro generating an impl of the trait `Copy`.
390 #[rustc_builtin_macro]
391 #[stable(feature = "builtin_macro_prelude", since = "1.38.0")]
392 #[allow_internal_unstable(core_intrinsics, derive_clone_copy)]
393 pub macro Copy($item:item) {
394     /* compiler built-in */
395 }
396
397 /// Types for which it is safe to share references between threads.
398 ///
399 /// This trait is automatically implemented when the compiler determines
400 /// it's appropriate.
401 ///
402 /// The precise definition is: a type `T` is [`Sync`] if and only if `&T` is
403 /// [`Send`]. In other words, if there is no possibility of
404 /// [undefined behavior][ub] (including data races) when passing
405 /// `&T` references between threads.
406 ///
407 /// As one would expect, primitive types like [`u8`] and [`f64`]
408 /// are all [`Sync`], and so are simple aggregate types containing them,
409 /// like tuples, structs and enums. More examples of basic [`Sync`]
410 /// types include "immutable" types like `&T`, and those with simple
411 /// inherited mutability, such as [`Box<T>`][box], [`Vec<T>`][vec] and
412 /// most other collection types. (Generic parameters need to be [`Sync`]
413 /// for their container to be [`Sync`].)
414 ///
415 /// A somewhat surprising consequence of the definition is that `&mut T`
416 /// is `Sync` (if `T` is `Sync`) even though it seems like that might
417 /// provide unsynchronized mutation. The trick is that a mutable
418 /// reference behind a shared reference (that is, `& &mut T`)
419 /// becomes read-only, as if it were a `& &T`. Hence there is no risk
420 /// of a data race.
421 ///
422 /// Types that are not `Sync` are those that have "interior
423 /// mutability" in a non-thread-safe form, such as [`Cell`][cell]
424 /// and [`RefCell`][refcell]. These types allow for mutation of
425 /// their contents even through an immutable, shared reference. For
426 /// example the `set` method on [`Cell<T>`][cell] takes `&self`, so it requires
427 /// only a shared reference [`&Cell<T>`][cell]. The method performs no
428 /// synchronization, thus [`Cell`][cell] cannot be `Sync`.
429 ///
430 /// Another example of a non-`Sync` type is the reference-counting
431 /// pointer [`Rc`][rc]. Given any reference [`&Rc<T>`][rc], you can clone
432 /// a new [`Rc<T>`][rc], modifying the reference counts in a non-atomic way.
433 ///
434 /// For cases when one does need thread-safe interior mutability,
435 /// Rust provides [atomic data types], as well as explicit locking via
436 /// [`sync::Mutex`][mutex] and [`sync::RwLock`][rwlock]. These types
437 /// ensure that any mutation cannot cause data races, hence the types
438 /// are `Sync`. Likewise, [`sync::Arc`][arc] provides a thread-safe
439 /// analogue of [`Rc`][rc].
440 ///
441 /// Any types with interior mutability must also use the
442 /// [`cell::UnsafeCell`][unsafecell] wrapper around the value(s) which
443 /// can be mutated through a shared reference. Failing to doing this is
444 /// [undefined behavior][ub]. For example, [`transmute`][transmute]-ing
445 /// from `&T` to `&mut T` is invalid.
446 ///
447 /// See [the Nomicon][nomicon-send-and-sync] for more details about `Sync`.
448 ///
449 /// [box]: ../../std/boxed/struct.Box.html
450 /// [vec]: ../../std/vec/struct.Vec.html
451 /// [cell]: crate::cell::Cell
452 /// [refcell]: crate::cell::RefCell
453 /// [rc]: ../../std/rc/struct.Rc.html
454 /// [arc]: ../../std/sync/struct.Arc.html
455 /// [atomic data types]: crate::sync::atomic
456 /// [mutex]: ../../std/sync/struct.Mutex.html
457 /// [rwlock]: ../../std/sync/struct.RwLock.html
458 /// [unsafecell]: crate::cell::UnsafeCell
459 /// [ub]: ../../reference/behavior-considered-undefined.html
460 /// [transmute]: crate::mem::transmute
461 /// [nomicon-send-and-sync]: ../../nomicon/send-and-sync.html
462 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
463 #[cfg_attr(not(test), rustc_diagnostic_item = "sync_trait")]
464 #[lang = "sync"]
465 #[rustc_on_unimplemented(
466     message = "`{Self}` cannot be shared between threads safely",
467     label = "`{Self}` cannot be shared between threads safely"
468 )]
469 pub unsafe auto trait Sync {
470     // FIXME(estebank): once support to add notes in `rustc_on_unimplemented`
471     // lands in beta, and it has been extended to check whether a closure is
472     // anywhere in the requirement chain, extend it as such (#48534):
473     // ```
474     // on(
475     //     closure,
476     //     note="`{Self}` cannot be shared safely, consider marking the closure `move`"
477     // ),
478     // ```
479
480     // Empty
481 }
482
483 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
484 impl<T: ?Sized> !Sync for *const T {}
485 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
486 impl<T: ?Sized> !Sync for *mut T {}
487
488 macro_rules! impls {
489     ($t: ident) => {
490         #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
491         impl<T: ?Sized> Hash for $t<T> {
492             #[inline]
493             fn hash<H: Hasher>(&self, _: &mut H) {}
494         }
495
496         #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
497         impl<T: ?Sized> cmp::PartialEq for $t<T> {
498             fn eq(&self, _other: &$t<T>) -> bool {
499                 true
500             }
501         }
502
503         #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
504         impl<T: ?Sized> cmp::Eq for $t<T> {}
505
506         #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
507         impl<T: ?Sized> cmp::PartialOrd for $t<T> {
508             fn partial_cmp(&self, _other: &$t<T>) -> Option<cmp::Ordering> {
509                 Option::Some(cmp::Ordering::Equal)
510             }
511         }
512
513         #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
514         impl<T: ?Sized> cmp::Ord for $t<T> {
515             fn cmp(&self, _other: &$t<T>) -> cmp::Ordering {
516                 cmp::Ordering::Equal
517             }
518         }
519
520         #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
521         impl<T: ?Sized> Copy for $t<T> {}
522
523         #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
524         impl<T: ?Sized> Clone for $t<T> {
525             fn clone(&self) -> Self {
526                 Self
527             }
528         }
529
530         #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
531         impl<T: ?Sized> Default for $t<T> {
532             fn default() -> Self {
533                 Self
534             }
535         }
536
537         #[unstable(feature = "structural_match", issue = "31434")]
538         impl<T: ?Sized> StructuralPartialEq for $t<T> {}
539
540         #[unstable(feature = "structural_match", issue = "31434")]
541         impl<T: ?Sized> StructuralEq for $t<T> {}
542     };
543 }
544
545 /// Zero-sized type used to mark things that "act like" they own a `T`.
546 ///
547 /// Adding a `PhantomData<T>` field to your type tells the compiler that your
548 /// type acts as though it stores a value of type `T`, even though it doesn't
549 /// really. This information is used when computing certain safety properties.
550 ///
551 /// For a more in-depth explanation of how to use `PhantomData<T>`, please see
552 /// [the Nomicon](../../nomicon/phantom-data.html).
553 ///
554 /// # A ghastly note ðŸ‘»ðŸ‘»ðŸ‘»
555 ///
556 /// Though they both have scary names, `PhantomData` and 'phantom types' are
557 /// related, but not identical. A phantom type parameter is simply a type
558 /// parameter which is never used. In Rust, this often causes the compiler to
559 /// complain, and the solution is to add a "dummy" use by way of `PhantomData`.
560 ///
561 /// # Examples
562 ///
563 /// ## Unused lifetime parameters
564 ///
565 /// Perhaps the most common use case for `PhantomData` is a struct that has an
566 /// unused lifetime parameter, typically as part of some unsafe code. For
567 /// example, here is a struct `Slice` that has two pointers of type `*const T`,
568 /// presumably pointing into an array somewhere:
569 ///
570 /// ```compile_fail,E0392
571 /// struct Slice<'a, T> {
572 ///     start: *const T,
573 ///     end: *const T,
574 /// }
575 /// ```
576 ///
577 /// The intention is that the underlying data is only valid for the
578 /// lifetime `'a`, so `Slice` should not outlive `'a`. However, this
579 /// intent is not expressed in the code, since there are no uses of
580 /// the lifetime `'a` and hence it is not clear what data it applies
581 /// to. We can correct this by telling the compiler to act *as if* the
582 /// `Slice` struct contained a reference `&'a T`:
583 ///
584 /// ```
585 /// use std::marker::PhantomData;
586 ///
587 /// # #[allow(dead_code)]
588 /// struct Slice<'a, T: 'a> {
589 ///     start: *const T,
590 ///     end: *const T,
591 ///     phantom: PhantomData<&'a T>,
592 /// }
593 /// ```
594 ///
595 /// This also in turn requires the annotation `T: 'a`, indicating
596 /// that any references in `T` are valid over the lifetime `'a`.
597 ///
598 /// When initializing a `Slice` you simply provide the value
599 /// `PhantomData` for the field `phantom`:
600 ///
601 /// ```
602 /// # #![allow(dead_code)]
603 /// # use std::marker::PhantomData;
604 /// # struct Slice<'a, T: 'a> {
605 /// #     start: *const T,
606 /// #     end: *const T,
607 /// #     phantom: PhantomData<&'a T>,
608 /// # }
609 /// fn borrow_vec<T>(vec: &Vec<T>) -> Slice<'_, T> {
610 ///     let ptr = vec.as_ptr();
611 ///     Slice {
612 ///         start: ptr,
613 ///         end: unsafe { ptr.add(vec.len()) },
614 ///         phantom: PhantomData,
615 ///     }
616 /// }
617 /// ```
618 ///
619 /// ## Unused type parameters
620 ///
621 /// It sometimes happens that you have unused type parameters which
622 /// indicate what type of data a struct is "tied" to, even though that
623 /// data is not actually found in the struct itself. Here is an
624 /// example where this arises with [FFI]. The foreign interface uses
625 /// handles of type `*mut ()` to refer to Rust values of different
626 /// types. We track the Rust type using a phantom type parameter on
627 /// the struct `ExternalResource` which wraps a handle.
628 ///
629 /// [FFI]: ../../book/ch19-01-unsafe-rust.html#using-extern-functions-to-call-external-code
630 ///
631 /// ```
632 /// # #![allow(dead_code)]
633 /// # trait ResType { }
634 /// # struct ParamType;
635 /// # mod foreign_lib {
636 /// #     pub fn new(_: usize) -> *mut () { 42 as *mut () }
637 /// #     pub fn do_stuff(_: *mut (), _: usize) {}
638 /// # }
639 /// # fn convert_params(_: ParamType) -> usize { 42 }
640 /// use std::marker::PhantomData;
641 /// use std::mem;
642 ///
643 /// struct ExternalResource<R> {
644 ///    resource_handle: *mut (),
645 ///    resource_type: PhantomData<R>,
646 /// }
647 ///
648 /// impl<R: ResType> ExternalResource<R> {
649 ///     fn new() -> Self {
650 ///         let size_of_res = mem::size_of::<R>();
651 ///         Self {
652 ///             resource_handle: foreign_lib::new(size_of_res),
653 ///             resource_type: PhantomData,
654 ///         }
655 ///     }
656 ///
657 ///     fn do_stuff(&self, param: ParamType) {
658 ///         let foreign_params = convert_params(param);
659 ///         foreign_lib::do_stuff(self.resource_handle, foreign_params);
660 ///     }
661 /// }
662 /// ```
663 ///
664 /// ## Ownership and the drop check
665 ///
666 /// Adding a field of type `PhantomData<T>` indicates that your
667 /// type owns data of type `T`. This in turn implies that when your
668 /// type is dropped, it may drop one or more instances of the type
669 /// `T`. This has bearing on the Rust compiler's [drop check]
670 /// analysis.
671 ///
672 /// If your struct does not in fact *own* the data of type `T`, it is
673 /// better to use a reference type, like `PhantomData<&'a T>`
674 /// (ideally) or `PhantomData<*const T>` (if no lifetime applies), so
675 /// as not to indicate ownership.
676 ///
677 /// [drop check]: ../../nomicon/dropck.html
678 #[lang = "phantom_data"]
679 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
680 pub struct PhantomData<T: ?Sized>;
681
682 impls! { PhantomData }
683
684 mod impls {
685     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
686     unsafe impl<T: Sync + ?Sized> Send for &T {}
687     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
688     unsafe impl<T: Send + ?Sized> Send for &mut T {}
689 }
690
691 /// Compiler-internal trait used to indicate the type of enum discriminants.
692 ///
693 /// This trait is automatically implemented for every type and does not add any
694 /// guarantees to [`mem::Discriminant`]. It is **undefined behavior** to transmute
695 /// between `DiscriminantKind::Discriminant` and `mem::Discriminant`.
696 ///
697 /// [`mem::Discriminant`]: crate::mem::Discriminant
698 #[unstable(
699     feature = "discriminant_kind",
700     issue = "none",
701     reason = "this trait is unlikely to ever be stabilized, use `mem::discriminant` instead"
702 )]
703 #[lang = "discriminant_kind"]
704 pub trait DiscriminantKind {
705     /// The type of the discriminant, which must satisfy the trait
706     /// bounds required by `mem::Discriminant`.
707     #[lang = "discriminant_type"]
708     type Discriminant: Clone + Copy + Debug + Eq + PartialEq + Hash + Send + Sync + Unpin;
709 }
710
711 /// Compiler-internal trait used to determine whether a type contains
712 /// any `UnsafeCell` internally, but not through an indirection.
713 /// This affects, for example, whether a `static` of that type is
714 /// placed in read-only static memory or writable static memory.
715 #[lang = "freeze"]
716 pub(crate) unsafe auto trait Freeze {}
717
718 impl<T: ?Sized> !Freeze for UnsafeCell<T> {}
719 unsafe impl<T: ?Sized> Freeze for PhantomData<T> {}
720 unsafe impl<T: ?Sized> Freeze for *const T {}
721 unsafe impl<T: ?Sized> Freeze for *mut T {}
722 unsafe impl<T: ?Sized> Freeze for &T {}
723 unsafe impl<T: ?Sized> Freeze for &mut T {}
724
725 /// Types that can be safely moved after being pinned.
726 ///
727 /// Rust itself has no notion of immovable types, and considers moves (e.g.,
728 /// through assignment or [`mem::replace`]) to always be safe.
729 ///
730 /// The [`Pin`][Pin] type is used instead to prevent moves through the type
731 /// system. Pointers `P<T>` wrapped in the [`Pin<P<T>>`][Pin] wrapper can't be
732 /// moved out of. See the [`pin` module] documentation for more information on
733 /// pinning.
734 ///
735 /// Implementing the `Unpin` trait for `T` lifts the restrictions of pinning off
736 /// the type, which then allows moving `T` out of [`Pin<P<T>>`][Pin] with
737 /// functions such as [`mem::replace`].
738 ///
739 /// `Unpin` has no consequence at all for non-pinned data. In particular,
740 /// [`mem::replace`] happily moves `!Unpin` data (it works for any `&mut T`, not
741 /// just when `T: Unpin`). However, you cannot use [`mem::replace`] on data
742 /// wrapped inside a [`Pin<P<T>>`][Pin] because you cannot get the `&mut T` you
743 /// need for that, and *that* is what makes this system work.
744 ///
745 /// So this, for example, can only be done on types implementing `Unpin`:
746 ///
747 /// ```rust
748 /// # #![allow(unused_must_use)]
749 /// use std::mem;
750 /// use std::pin::Pin;
751 ///
752 /// let mut string = "this".to_string();
753 /// let mut pinned_string = Pin::new(&mut string);
754 ///
755 /// // We need a mutable reference to call `mem::replace`.
756 /// // We can obtain such a reference by (implicitly) invoking `Pin::deref_mut`,
757 /// // but that is only possible because `String` implements `Unpin`.
758 /// mem::replace(&mut *pinned_string, "other".to_string());
759 /// ```
760 ///
761 /// This trait is automatically implemented for almost every type.
762 ///
763 /// [`mem::replace`]: crate::mem::replace
764 /// [Pin]: crate::pin::Pin
765 /// [`pin` module]: crate::pin
766 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
767 #[rustc_on_unimplemented(
768     on(_Self = "std::future::Future", note = "consider using `Box::pin`",),
769     message = "`{Self}` cannot be unpinned"
770 )]
771 #[lang = "unpin"]
772 pub auto trait Unpin {}
773
774 /// A marker type which does not implement `Unpin`.
775 ///
776 /// If a type contains a `PhantomPinned`, it will not implement `Unpin` by default.
777 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
778 #[derive(Debug, Copy, Clone, Eq, PartialEq, Ord, PartialOrd, Hash)]
779 pub struct PhantomPinned;
780
781 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
782 impl !Unpin for PhantomPinned {}
783
784 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
785 impl<'a, T: ?Sized + 'a> Unpin for &'a T {}
786
787 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
788 impl<'a, T: ?Sized + 'a> Unpin for &'a mut T {}
789
790 #[stable(feature = "pin_raw", since = "1.38.0")]
791 impl<T: ?Sized> Unpin for *const T {}
792
793 #[stable(feature = "pin_raw", since = "1.38.0")]
794 impl<T: ?Sized> Unpin for *mut T {}
795
796 /// Implementations of `Copy` for primitive types.
797 ///
798 /// Implementations that cannot be described in Rust
799 /// are implemented in `traits::SelectionContext::copy_clone_conditions()`
800 /// in `rustc_trait_selection`.
801 mod copy_impls {
802
803     use super::Copy;
804
805     macro_rules! impl_copy {
806         ($($t:ty)*) => {
807             $(
808                 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
809                 impl Copy for $t {}
810             )*
811         }
812     }
813
814     impl_copy! {
815         usize u8 u16 u32 u64 u128
816         isize i8 i16 i32 i64 i128
817         f32 f64
818         bool char
819     }
820
821     #[unstable(feature = "never_type", issue = "35121")]
822     impl Copy for ! {}
823
824     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
825     impl<T: ?Sized> Copy for *const T {}
826
827     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
828     impl<T: ?Sized> Copy for *mut T {}
829
830     /// Shared references can be copied, but mutable references *cannot*!
831     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
832     impl<T: ?Sized> Copy for &T {}
833 }