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[rust.git] / library / core / src / pin.rs
1 //! Types that pin data to its location in memory.
2 //!
3 //! It is sometimes useful to have objects that are guaranteed not to move,
4 //! in the sense that their placement in memory does not change, and can thus be relied upon.
5 //! A prime example of such a scenario would be building self-referential structs,
6 //! as moving an object with pointers to itself will invalidate them, which could cause undefined
7 //! behavior.
8 //!
9 //! At a high level, a <code>[Pin]\<P></code> ensures that the pointee of any pointer type
10 //! `P` has a stable location in memory, meaning it cannot be moved elsewhere
11 //! and its memory cannot be deallocated until it gets dropped. We say that the
12 //! pointee is "pinned". Things get more subtle when discussing types that
13 //! combine pinned with non-pinned data; [see below](#projections-and-structural-pinning)
14 //! for more details.
15 //!
16 //! By default, all types in Rust are movable. Rust allows passing all types by-value,
17 //! and common smart-pointer types such as <code>[Box]\<T></code> and <code>[&mut] T</code> allow
18 //! replacing and moving the values they contain: you can move out of a <code>[Box]\<T></code>,
19 //! or you can use [`mem::swap`]. <code>[Pin]\<P></code> wraps a pointer type `P`, so
20 //! <code>[Pin]<[Box]\<T>></code> functions much like a regular <code>[Box]\<T></code>:
21 //! when a <code>[Pin]<[Box]\<T>></code> gets dropped, so do its contents, and the memory gets
22 //! deallocated. Similarly, <code>[Pin]<[&mut] T></code> is a lot like <code>[&mut] T</code>.
23 //! However, <code>[Pin]\<P></code> does not let clients actually obtain a <code>[Box]\<T></code>
24 //! or <code>[&mut] T</code> to pinned data, which implies that you cannot use operations such
25 //! as [`mem::swap`]:
26 //!
27 //! ```
28 //! use std::pin::Pin;
29 //! fn swap_pins<T>(x: Pin<&mut T>, y: Pin<&mut T>) {
30 //!     // `mem::swap` needs `&mut T`, but we cannot get it.
31 //!     // We are stuck, we cannot swap the contents of these references.
32 //!     // We could use `Pin::get_unchecked_mut`, but that is unsafe for a reason:
33 //!     // we are not allowed to use it for moving things out of the `Pin`.
34 //! }
35 //! ```
36 //!
37 //! It is worth reiterating that <code>[Pin]\<P></code> does *not* change the fact that a Rust
38 //! compiler considers all types movable. [`mem::swap`] remains callable for any `T`. Instead,
39 //! <code>[Pin]\<P></code> prevents certain *values* (pointed to by pointers wrapped in
40 //! <code>[Pin]\<P></code>) from being moved by making it impossible to call methods that require
41 //! <code>[&mut] T</code> on them (like [`mem::swap`]).
42 //!
43 //! <code>[Pin]\<P></code> can be used to wrap any pointer type `P`, and as such it interacts with
44 //! [`Deref`] and [`DerefMut`]. A <code>[Pin]\<P></code> where <code>P: [Deref]</code> should be
45 //! considered as a "`P`-style pointer" to a pinned <code>P::[Target]</code> – so, a
46 //! <code>[Pin]<[Box]\<T>></code> is an owned pointer to a pinned `T`, and a
47 //! <code>[Pin]<[Rc]\<T>></code> is a reference-counted pointer to a pinned `T`.
48 //! For correctness, <code>[Pin]\<P></code> relies on the implementations of [`Deref`] and
49 //! [`DerefMut`] not to move out of their `self` parameter, and only ever to
50 //! return a pointer to pinned data when they are called on a pinned pointer.
51 //!
52 //! # `Unpin`
53 //!
54 //! Many types are always freely movable, even when pinned, because they do not
55 //! rely on having a stable address. This includes all the basic types (like
56 //! [`bool`], [`i32`], and references) as well as types consisting solely of these
57 //! types. Types that do not care about pinning implement the [`Unpin`]
58 //! auto-trait, which cancels the effect of <code>[Pin]\<P></code>. For <code>T: [Unpin]</code>,
59 //! <code>[Pin]<[Box]\<T>></code> and <code>[Box]\<T></code> function identically, as do
60 //! <code>[Pin]<[&mut] T></code> and <code>[&mut] T</code>.
61 //!
62 //! Note that pinning and [`Unpin`] only affect the pointed-to type <code>P::[Target]</code>,
63 //! not the pointer type `P` itself that got wrapped in <code>[Pin]\<P></code>. For example,
64 //! whether or not <code>[Box]\<T></code> is [`Unpin`] has no effect on the behavior of
65 //! <code>[Pin]<[Box]\<T>></code> (here, `T` is the pointed-to type).
66 //!
67 //! # Example: self-referential struct
68 //!
69 //! Before we go into more details to explain the guarantees and choices
70 //! associated with <code>[Pin]\<P></code>, we discuss some examples for how it might be used.
71 //! Feel free to [skip to where the theoretical discussion continues](#drop-guarantee).
72 //!
73 //! ```rust
74 //! use std::pin::Pin;
75 //! use std::marker::PhantomPinned;
76 //! use std::ptr::NonNull;
77 //!
78 //! // This is a self-referential struct because the slice field points to the data field.
79 //! // We cannot inform the compiler about that with a normal reference,
80 //! // as this pattern cannot be described with the usual borrowing rules.
81 //! // Instead we use a raw pointer, though one which is known not to be null,
82 //! // as we know it's pointing at the string.
83 //! struct Unmovable {
84 //!     data: String,
85 //!     slice: NonNull<String>,
86 //!     _pin: PhantomPinned,
87 //! }
88 //!
89 //! impl Unmovable {
90 //!     // To ensure the data doesn't move when the function returns,
91 //!     // we place it in the heap where it will stay for the lifetime of the object,
92 //!     // and the only way to access it would be through a pointer to it.
93 //!     fn new(data: String) -> Pin<Box<Self>> {
94 //!         let res = Unmovable {
95 //!             data,
96 //!             // we only create the pointer once the data is in place
97 //!             // otherwise it will have already moved before we even started
98 //!             slice: NonNull::dangling(),
99 //!             _pin: PhantomPinned,
100 //!         };
101 //!         let mut boxed = Box::pin(res);
102 //!
103 //!         let slice = NonNull::from(&boxed.data);
104 //!         // we know this is safe because modifying a field doesn't move the whole struct
105 //!         unsafe {
106 //!             let mut_ref: Pin<&mut Self> = Pin::as_mut(&mut boxed);
107 //!             Pin::get_unchecked_mut(mut_ref).slice = slice;
108 //!         }
109 //!         boxed
110 //!     }
111 //! }
112 //!
113 //! let unmoved = Unmovable::new("hello".to_string());
114 //! // The pointer should point to the correct location,
115 //! // so long as the struct hasn't moved.
116 //! // Meanwhile, we are free to move the pointer around.
117 //! # #[allow(unused_mut)]
118 //! let mut still_unmoved = unmoved;
119 //! assert_eq!(still_unmoved.slice, NonNull::from(&still_unmoved.data));
120 //!
121 //! // Since our type doesn't implement Unpin, this will fail to compile:
122 //! // let mut new_unmoved = Unmovable::new("world".to_string());
123 //! // std::mem::swap(&mut *still_unmoved, &mut *new_unmoved);
124 //! ```
125 //!
126 //! # Example: intrusive doubly-linked list
127 //!
128 //! In an intrusive doubly-linked list, the collection does not actually allocate
129 //! the memory for the elements itself. Allocation is controlled by the clients,
130 //! and elements can live on a stack frame that lives shorter than the collection does.
131 //!
132 //! To make this work, every element has pointers to its predecessor and successor in
133 //! the list. Elements can only be added when they are pinned, because moving the elements
134 //! around would invalidate the pointers. Moreover, the [`Drop`][Drop] implementation of a linked
135 //! list element will patch the pointers of its predecessor and successor to remove itself
136 //! from the list.
137 //!
138 //! Crucially, we have to be able to rely on [`drop`] being called. If an element
139 //! could be deallocated or otherwise invalidated without calling [`drop`], the pointers into it
140 //! from its neighboring elements would become invalid, which would break the data structure.
141 //!
142 //! Therefore, pinning also comes with a [`drop`]-related guarantee.
143 //!
144 //! # `Drop` guarantee
145 //!
146 //! The purpose of pinning is to be able to rely on the placement of some data in memory.
147 //! To make this work, not just moving the data is restricted; deallocating, repurposing, or
148 //! otherwise invalidating the memory used to store the data is restricted, too.
149 //! Concretely, for pinned data you have to maintain the invariant
150 //! that *its memory will not get invalidated or repurposed from the moment it gets pinned until
151 //! when [`drop`] is called*.  Only once [`drop`] returns or panics, the memory may be reused.
152 //!
153 //! Memory can be "invalidated" by deallocation, but also by
154 //! replacing a <code>[Some]\(v)</code> by [`None`], or calling [`Vec::set_len`] to "kill" some
155 //! elements off of a vector. It can be repurposed by using [`ptr::write`] to overwrite it without
156 //! calling the destructor first. None of this is allowed for pinned data without calling [`drop`].
157 //!
158 //! This is exactly the kind of guarantee that the intrusive linked list from the previous
159 //! section needs to function correctly.
160 //!
161 //! Notice that this guarantee does *not* mean that memory does not leak! It is still
162 //! completely okay to not ever call [`drop`] on a pinned element (e.g., you can still
163 //! call [`mem::forget`] on a <code>[Pin]<[Box]\<T>></code>). In the example of the doubly-linked
164 //! list, that element would just stay in the list. However you must not free or reuse the storage
165 //! *without calling [`drop`]*.
166 //!
167 //! # `Drop` implementation
168 //!
169 //! If your type uses pinning (such as the two examples above), you have to be careful
170 //! when implementing [`Drop`][Drop]. The [`drop`] function takes <code>[&mut] self</code>, but this
171 //! is called *even if your type was previously pinned*! It is as if the
172 //! compiler automatically called [`Pin::get_unchecked_mut`].
173 //!
174 //! This can never cause a problem in safe code because implementing a type that
175 //! relies on pinning requires unsafe code, but be aware that deciding to make
176 //! use of pinning in your type (for example by implementing some operation on
177 //! <code>[Pin]<[&]Self></code> or <code>[Pin]<[&mut] Self></code>) has consequences for your
178 //! [`Drop`][Drop] implementation as well: if an element of your type could have been pinned,
179 //! you must treat [`Drop`][Drop] as implicitly taking <code>[Pin]<[&mut] Self></code>.
180 //!
181 //! For example, you could implement [`Drop`][Drop] as follows:
182 //!
183 //! ```rust,no_run
184 //! # use std::pin::Pin;
185 //! # struct Type { }
186 //! impl Drop for Type {
187 //!     fn drop(&mut self) {
188 //!         // `new_unchecked` is okay because we know this value is never used
189 //!         // again after being dropped.
190 //!         inner_drop(unsafe { Pin::new_unchecked(self)});
191 //!         fn inner_drop(this: Pin<&mut Type>) {
192 //!             // Actual drop code goes here.
193 //!         }
194 //!     }
195 //! }
196 //! ```
197 //!
198 //! The function `inner_drop` has the type that [`drop`] *should* have, so this makes sure that
199 //! you do not accidentally use `self`/`this` in a way that is in conflict with pinning.
200 //!
201 //! Moreover, if your type is `#[repr(packed)]`, the compiler will automatically
202 //! move fields around to be able to drop them. It might even do
203 //! that for fields that happen to be sufficiently aligned. As a consequence, you cannot use
204 //! pinning with a `#[repr(packed)]` type.
205 //!
206 //! # Projections and Structural Pinning
207 //!
208 //! When working with pinned structs, the question arises how one can access the
209 //! fields of that struct in a method that takes just <code>[Pin]<[&mut] Struct></code>.
210 //! The usual approach is to write helper methods (so called *projections*)
211 //! that turn <code>[Pin]<[&mut] Struct></code> into a reference to the field, but what type should
212 //! that reference have? Is it <code>[Pin]<[&mut] Field></code> or <code>[&mut] Field</code>?
213 //! The same question arises with the fields of an `enum`, and also when considering
214 //! container/wrapper types such as <code>[Vec]\<T></code>, <code>[Box]\<T></code>,
215 //! or <code>[RefCell]\<T></code>. (This question applies to both mutable and shared references,
216 //! we just use the more common case of mutable references here for illustration.)
217 //!
218 //! It turns out that it is actually up to the author of the data structure to decide whether
219 //! the pinned projection for a particular field turns <code>[Pin]<[&mut] Struct></code>
220 //! into <code>[Pin]<[&mut] Field></code> or <code>[&mut] Field</code>. There are some
221 //! constraints though, and the most important constraint is *consistency*:
222 //! every field can be *either* projected to a pinned reference, *or* have
223 //! pinning removed as part of the projection. If both are done for the same field,
224 //! that will likely be unsound!
225 //!
226 //! As the author of a data structure you get to decide for each field whether pinning
227 //! "propagates" to this field or not. Pinning that propagates is also called "structural",
228 //! because it follows the structure of the type.
229 //! In the following subsections, we describe the considerations that have to be made
230 //! for either choice.
231 //!
232 //! ## Pinning *is not* structural for `field`
233 //!
234 //! It may seem counter-intuitive that the field of a pinned struct might not be pinned,
235 //! but that is actually the easiest choice: if a <code>[Pin]<[&mut] Field></code> is never created,
236 //! nothing can go wrong! So, if you decide that some field does not have structural pinning,
237 //! all you have to ensure is that you never create a pinned reference to that field.
238 //!
239 //! Fields without structural pinning may have a projection method that turns
240 //! <code>[Pin]<[&mut] Struct></code> into <code>[&mut] Field</code>:
241 //!
242 //! ```rust,no_run
243 //! # use std::pin::Pin;
244 //! # type Field = i32;
245 //! # struct Struct { field: Field }
246 //! impl Struct {
247 //!     fn pin_get_field(self: Pin<&mut Self>) -> &mut Field {
248 //!         // This is okay because `field` is never considered pinned.
249 //!         unsafe { &mut self.get_unchecked_mut().field }
250 //!     }
251 //! }
252 //! ```
253 //!
254 //! You may also <code>impl [Unpin] for Struct</code> *even if* the type of `field`
255 //! is not [`Unpin`]. What that type thinks about pinning is not relevant
256 //! when no <code>[Pin]<[&mut] Field></code> is ever created.
257 //!
258 //! ## Pinning *is* structural for `field`
259 //!
260 //! The other option is to decide that pinning is "structural" for `field`,
261 //! meaning that if the struct is pinned then so is the field.
262 //!
263 //! This allows writing a projection that creates a <code>[Pin]<[&mut] Field></code>, thus
264 //! witnessing that the field is pinned:
265 //!
266 //! ```rust,no_run
267 //! # use std::pin::Pin;
268 //! # type Field = i32;
269 //! # struct Struct { field: Field }
270 //! impl Struct {
271 //!     fn pin_get_field(self: Pin<&mut Self>) -> Pin<&mut Field> {
272 //!         // This is okay because `field` is pinned when `self` is.
273 //!         unsafe { self.map_unchecked_mut(|s| &mut s.field) }
274 //!     }
275 //! }
276 //! ```
277 //!
278 //! However, structural pinning comes with a few extra requirements:
279 //!
280 //! 1.  The struct must only be [`Unpin`] if all the structural fields are
281 //!     [`Unpin`]. This is the default, but [`Unpin`] is a safe trait, so as the author of
282 //!     the struct it is your responsibility *not* to add something like
283 //!     <code>impl\<T> [Unpin] for Struct\<T></code>. (Notice that adding a projection operation
284 //!     requires unsafe code, so the fact that [`Unpin`] is a safe trait does not break
285 //!     the principle that you only have to worry about any of this if you use [`unsafe`].)
286 //! 2.  The destructor of the struct must not move structural fields out of its argument. This
287 //!     is the exact point that was raised in the [previous section][drop-impl]: [`drop`] takes
288 //!     <code>[&mut] self</code>, but the struct (and hence its fields) might have been pinned
289 //!     before. You have to guarantee that you do not move a field inside your [`Drop`][Drop]
290 //!     implementation. In particular, as explained previously, this means that your struct
291 //!     must *not* be `#[repr(packed)]`.
292 //!     See that section for how to write [`drop`] in a way that the compiler can help you
293 //!     not accidentally break pinning.
294 //! 3.  You must make sure that you uphold the [`Drop` guarantee][drop-guarantee]:
295 //!     once your struct is pinned, the memory that contains the
296 //!     content is not overwritten or deallocated without calling the content's destructors.
297 //!     This can be tricky, as witnessed by <code>[VecDeque]\<T></code>: the destructor of
298 //!     <code>[VecDeque]\<T></code> can fail to call [`drop`] on all elements if one of the
299 //!     destructors panics. This violates the [`Drop`][Drop] guarantee, because it can lead to
300 //!     elements being deallocated without their destructor being called.
301 //!     (<code>[VecDeque]\<T></code> has no pinning projections, so this
302 //!     does not cause unsoundness.)
303 //! 4.  You must not offer any other operations that could lead to data being moved out of
304 //!     the structural fields when your type is pinned. For example, if the struct contains an
305 //!     <code>[Option]\<T></code> and there is a [`take`][Option::take]-like operation with type
306 //!     <code>fn([Pin]<[&mut] Struct\<T>>) -> [Option]\<T></code>,
307 //!     that operation can be used to move a `T` out of a pinned `Struct<T>` – which means
308 //!     pinning cannot be structural for the field holding this data.
309 //!
310 //!     For a more complex example of moving data out of a pinned type,
311 //!     imagine if <code>[RefCell]\<T></code> had a method
312 //!     <code>fn get_pin_mut(self: [Pin]<[&mut] Self>) -> [Pin]<[&mut] T></code>.
313 //!     Then we could do the following:
314 //!     ```compile_fail
315 //!     fn exploit_ref_cell<T>(rc: Pin<&mut RefCell<T>>) {
316 //!         { let p = rc.as_mut().get_pin_mut(); } // Here we get pinned access to the `T`.
317 //!         let rc_shr: &RefCell<T> = rc.into_ref().get_ref();
318 //!         let b = rc_shr.borrow_mut();
319 //!         let content = &mut *b; // And here we have `&mut T` to the same data.
320 //!     }
321 //!     ```
322 //!     This is catastrophic, it means we can first pin the content of the
323 //!     <code>[RefCell]\<T></code> (using <code>[RefCell]::get_pin_mut</code>) and then move that
324 //!     content using the mutable reference we got later.
325 //!
326 //! ## Examples
327 //!
328 //! For a type like <code>[Vec]\<T></code>, both possibilities (structural pinning or not) make
329 //! sense. A <code>[Vec]\<T></code> with structural pinning could have `get_pin`/`get_pin_mut`
330 //! methods to get pinned references to elements. However, it could *not* allow calling
331 //! [`pop`][Vec::pop] on a pinned <code>[Vec]\<T></code> because that would move the (structurally
332 //! pinned) contents! Nor could it allow [`push`][Vec::push], which might reallocate and thus also
333 //! move the contents.
334 //!
335 //! A <code>[Vec]\<T></code> without structural pinning could
336 //! <code>impl\<T> [Unpin] for [Vec]\<T></code>, because the contents are never pinned
337 //! and the <code>[Vec]\<T></code> itself is fine with being moved as well.
338 //! At that point pinning just has no effect on the vector at all.
339 //!
340 //! In the standard library, pointer types generally do not have structural pinning,
341 //! and thus they do not offer pinning projections. This is why <code>[Box]\<T>: [Unpin]</code>
342 //! holds for all `T`. It makes sense to do this for pointer types, because moving the
343 //! <code>[Box]\<T></code> does not actually move the `T`: the <code>[Box]\<T></code> can be freely
344 //! movable (aka [`Unpin`]) even if the `T` is not. In fact, even <code>[Pin]<[Box]\<T>></code> and
345 //! <code>[Pin]<[&mut] T></code> are always [`Unpin`] themselves, for the same reason:
346 //! their contents (the `T`) are pinned, but the pointers themselves can be moved without moving
347 //! the pinned data. For both <code>[Box]\<T></code> and <code>[Pin]<[Box]\<T>></code>,
348 //! whether the content is pinned is entirely independent of whether the
349 //! pointer is pinned, meaning pinning is *not* structural.
350 //!
351 //! When implementing a [`Future`] combinator, you will usually need structural pinning
352 //! for the nested futures, as you need to get pinned references to them to call [`poll`].
353 //! But if your combinator contains any other data that does not need to be pinned,
354 //! you can make those fields not structural and hence freely access them with a
355 //! mutable reference even when you just have <code>[Pin]<[&mut] Self></code> (such as in your own
356 //! [`poll`] implementation).
357 //!
358 //! [Deref]: crate::ops::Deref "ops::Deref"
359 //! [`Deref`]: crate::ops::Deref "ops::Deref"
360 //! [Target]: crate::ops::Deref::Target "ops::Deref::Target"
361 //! [`DerefMut`]: crate::ops::DerefMut "ops::DerefMut"
362 //! [`mem::swap`]: crate::mem::swap "mem::swap"
363 //! [`mem::forget`]: crate::mem::forget "mem::forget"
364 //! [Vec]: ../../std/vec/struct.Vec.html "Vec"
365 //! [`Vec::set_len`]: ../../std/vec/struct.Vec.html#method.set_len "Vec::set_len"
366 //! [Box]: ../../std/boxed/struct.Box.html "Box"
367 //! [Vec::pop]: ../../std/vec/struct.Vec.html#method.pop "Vec::pop"
368 //! [Vec::push]: ../../std/vec/struct.Vec.html#method.push "Vec::push"
369 //! [Rc]: ../../std/rc/struct.Rc.html "rc::Rc"
370 //! [RefCell]: crate::cell::RefCell "cell::RefCell"
371 //! [`drop`]: Drop::drop
372 //! [VecDeque]: ../../std/collections/struct.VecDeque.html "collections::VecDeque"
373 //! [`ptr::write`]: crate::ptr::write "ptr::write"
374 //! [`Future`]: crate::future::Future "future::Future"
375 //! [drop-impl]: #drop-implementation
376 //! [drop-guarantee]: #drop-guarantee
377 //! [`poll`]: crate::future::Future::poll "future::Future::poll"
378 //! [&]: reference "shared reference"
379 //! [&mut]: reference "mutable reference"
380 //! [`unsafe`]: ../../std/keyword.unsafe.html "keyword unsafe"
381
382 #![stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
383
384 use crate::cmp::{self, PartialEq, PartialOrd};
385 use crate::fmt;
386 use crate::hash::{Hash, Hasher};
387 use crate::marker::{Sized, Unpin};
388 use crate::ops::{CoerceUnsized, Deref, DerefMut, DispatchFromDyn, Receiver};
389
390 /// A pinned pointer.
391 ///
392 /// This is a wrapper around a kind of pointer which makes that pointer "pin" its
393 /// value in place, preventing the value referenced by that pointer from being moved
394 /// unless it implements [`Unpin`].
395 ///
396 /// *See the [`pin` module] documentation for an explanation of pinning.*
397 ///
398 /// [`pin` module]: self
399 //
400 // Note: the `Clone` derive below causes unsoundness as it's possible to implement
401 // `Clone` for mutable references.
402 // See <https://internals.rust-lang.org/t/unsoundness-in-pin/11311> for more details.
403 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
404 #[lang = "pin"]
405 #[fundamental]
406 #[repr(transparent)]
407 #[derive(Copy, Clone)]
408 pub struct Pin<P> {
409     // FIXME(#93176): this field is made `#[unstable] #[doc(hidden)] pub` to:
410     //   - deter downstream users from accessing it (which would be unsound!),
411     //   - let the `pin!` macro access it (such a macro requires using struct
412     //     literal syntax in order to benefit from lifetime extension).
413     // Long-term, `unsafe` fields or macro hygiene are expected to offer more robust alternatives.
414     #[unstable(feature = "unsafe_pin_internals", issue = "none")]
415     #[doc(hidden)]
416     pub pointer: P,
417 }
418
419 // The following implementations aren't derived in order to avoid soundness
420 // issues. `&self.pointer` should not be accessible to untrusted trait
421 // implementations.
422 //
423 // See <https://internals.rust-lang.org/t/unsoundness-in-pin/11311/73> for more details.
424
425 #[stable(feature = "pin_trait_impls", since = "1.41.0")]
426 impl<P: Deref, Q: Deref> PartialEq<Pin<Q>> for Pin<P>
427 where
428     P::Target: PartialEq<Q::Target>,
429 {
430     fn eq(&self, other: &Pin<Q>) -> bool {
431         P::Target::eq(self, other)
432     }
433
434     fn ne(&self, other: &Pin<Q>) -> bool {
435         P::Target::ne(self, other)
436     }
437 }
438
439 #[stable(feature = "pin_trait_impls", since = "1.41.0")]
440 impl<P: Deref<Target: Eq>> Eq for Pin<P> {}
441
442 #[stable(feature = "pin_trait_impls", since = "1.41.0")]
443 impl<P: Deref, Q: Deref> PartialOrd<Pin<Q>> for Pin<P>
444 where
445     P::Target: PartialOrd<Q::Target>,
446 {
447     fn partial_cmp(&self, other: &Pin<Q>) -> Option<cmp::Ordering> {
448         P::Target::partial_cmp(self, other)
449     }
450
451     fn lt(&self, other: &Pin<Q>) -> bool {
452         P::Target::lt(self, other)
453     }
454
455     fn le(&self, other: &Pin<Q>) -> bool {
456         P::Target::le(self, other)
457     }
458
459     fn gt(&self, other: &Pin<Q>) -> bool {
460         P::Target::gt(self, other)
461     }
462
463     fn ge(&self, other: &Pin<Q>) -> bool {
464         P::Target::ge(self, other)
465     }
466 }
467
468 #[stable(feature = "pin_trait_impls", since = "1.41.0")]
469 impl<P: Deref<Target: Ord>> Ord for Pin<P> {
470     fn cmp(&self, other: &Self) -> cmp::Ordering {
471         P::Target::cmp(self, other)
472     }
473 }
474
475 #[stable(feature = "pin_trait_impls", since = "1.41.0")]
476 impl<P: Deref<Target: Hash>> Hash for Pin<P> {
477     fn hash<H: Hasher>(&self, state: &mut H) {
478         P::Target::hash(self, state);
479     }
480 }
481
482 impl<P: Deref<Target: Unpin>> Pin<P> {
483     /// Construct a new `Pin<P>` around a pointer to some data of a type that
484     /// implements [`Unpin`].
485     ///
486     /// Unlike `Pin::new_unchecked`, this method is safe because the pointer
487     /// `P` dereferences to an [`Unpin`] type, which cancels the pinning guarantees.
488     #[inline(always)]
489     #[rustc_const_unstable(feature = "const_pin", issue = "76654")]
490     #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
491     pub const fn new(pointer: P) -> Pin<P> {
492         // SAFETY: the value pointed to is `Unpin`, and so has no requirements
493         // around pinning.
494         unsafe { Pin::new_unchecked(pointer) }
495     }
496
497     /// Unwraps this `Pin<P>` returning the underlying pointer.
498     ///
499     /// This requires that the data inside this `Pin` is [`Unpin`] so that we
500     /// can ignore the pinning invariants when unwrapping it.
501     #[inline(always)]
502     #[rustc_const_unstable(feature = "const_pin", issue = "76654")]
503     #[stable(feature = "pin_into_inner", since = "1.39.0")]
504     pub const fn into_inner(pin: Pin<P>) -> P {
505         pin.pointer
506     }
507 }
508
509 impl<P: Deref> Pin<P> {
510     /// Construct a new `Pin<P>` around a reference to some data of a type that
511     /// may or may not implement `Unpin`.
512     ///
513     /// If `pointer` dereferences to an `Unpin` type, `Pin::new` should be used
514     /// instead.
515     ///
516     /// # Safety
517     ///
518     /// This constructor is unsafe because we cannot guarantee that the data
519     /// pointed to by `pointer` is pinned, meaning that the data will not be moved or
520     /// its storage invalidated until it gets dropped. If the constructed `Pin<P>` does
521     /// not guarantee that the data `P` points to is pinned, that is a violation of
522     /// the API contract and may lead to undefined behavior in later (safe) operations.
523     ///
524     /// By using this method, you are making a promise about the `P::Deref` and
525     /// `P::DerefMut` implementations, if they exist. Most importantly, they
526     /// must not move out of their `self` arguments: `Pin::as_mut` and `Pin::as_ref`
527     /// will call `DerefMut::deref_mut` and `Deref::deref` *on the pinned pointer*
528     /// and expect these methods to uphold the pinning invariants.
529     /// Moreover, by calling this method you promise that the reference `P`
530     /// dereferences to will not be moved out of again; in particular, it
531     /// must not be possible to obtain a `&mut P::Target` and then
532     /// move out of that reference (using, for example [`mem::swap`]).
533     ///
534     /// For example, calling `Pin::new_unchecked` on an `&'a mut T` is unsafe because
535     /// while you are able to pin it for the given lifetime `'a`, you have no control
536     /// over whether it is kept pinned once `'a` ends:
537     /// ```
538     /// use std::mem;
539     /// use std::pin::Pin;
540     ///
541     /// fn move_pinned_ref<T>(mut a: T, mut b: T) {
542     ///     unsafe {
543     ///         let p: Pin<&mut T> = Pin::new_unchecked(&mut a);
544     ///         // This should mean the pointee `a` can never move again.
545     ///     }
546     ///     mem::swap(&mut a, &mut b); // Potential UB down the road ⚠️
547     ///     // The address of `a` changed to `b`'s stack slot, so `a` got moved even
548     ///     // though we have previously pinned it! We have violated the pinning API contract.
549     /// }
550     /// ```
551     /// A value, once pinned, must remain pinned forever (unless its type implements `Unpin`).
552     ///
553     /// Similarly, calling `Pin::new_unchecked` on an `Rc<T>` is unsafe because there could be
554     /// aliases to the same data that are not subject to the pinning restrictions:
555     /// ```
556     /// use std::rc::Rc;
557     /// use std::pin::Pin;
558     ///
559     /// fn move_pinned_rc<T>(mut x: Rc<T>) {
560     ///     let pinned = unsafe { Pin::new_unchecked(Rc::clone(&x)) };
561     ///     {
562     ///         let p: Pin<&T> = pinned.as_ref();
563     ///         // This should mean the pointee can never move again.
564     ///     }
565     ///     drop(pinned);
566     ///     let content = Rc::get_mut(&mut x).unwrap(); // Potential UB down the road ⚠️
567     ///     // Now, if `x` was the only reference, we have a mutable reference to
568     ///     // data that we pinned above, which we could use to move it as we have
569     ///     // seen in the previous example. We have violated the pinning API contract.
570     ///  }
571     ///  ```
572     ///
573     /// ## Pinning of closure captures
574     ///
575     /// Particular care is required when using `Pin::new_unchecked` in a closure:
576     /// `Pin::new_unchecked(&mut var)` where `var` is a by-value (moved) closure capture
577     /// implicitly makes the promise that the closure itself is pinned, and that *all* uses
578     /// of this closure capture respect that pinning.
579     /// ```
580     /// use std::pin::Pin;
581     /// use std::task::Context;
582     /// use std::future::Future;
583     ///
584     /// fn move_pinned_closure(mut x: impl Future, cx: &mut Context<'_>) {
585     ///     // Create a closure that moves `x`, and then internally uses it in a pinned way.
586     ///     let mut closure = move || unsafe {
587     ///         let _ignore = Pin::new_unchecked(&mut x).poll(cx);
588     ///     };
589     ///     // Call the closure, so the future can assume it has been pinned.
590     ///     closure();
591     ///     // Move the closure somewhere else. This also moves `x`!
592     ///     let mut moved = closure;
593     ///     // Calling it again means we polled the future from two different locations,
594     ///     // violating the pinning API contract.
595     ///     moved(); // Potential UB ⚠️
596     /// }
597     /// ```
598     /// When passing a closure to another API, it might be moving the closure any time, so
599     /// `Pin::new_unchecked` on closure captures may only be used if the API explicitly documents
600     /// that the closure is pinned.
601     ///
602     /// The better alternative is to avoid all that trouble and do the pinning in the outer function
603     /// instead (here using the unstable `pin` macro):
604     /// ```
605     /// #![feature(pin_macro)]
606     /// use std::pin::pin;
607     /// use std::task::Context;
608     /// use std::future::Future;
609     ///
610     /// fn move_pinned_closure(mut x: impl Future, cx: &mut Context<'_>) {
611     ///     let mut x = pin!(x);
612     ///     // Create a closure that captures `x: Pin<&mut _>`, which is safe to move.
613     ///     let mut closure = move || {
614     ///         let _ignore = x.as_mut().poll(cx);
615     ///     };
616     ///     // Call the closure, so the future can assume it has been pinned.
617     ///     closure();
618     ///     // Move the closure somewhere else.
619     ///     let mut moved = closure;
620     ///     // Calling it again here is fine (except that we might be polling a future that already
621     ///     // returned `Poll::Ready`, but that is a separate problem).
622     ///     moved();
623     /// }
624     /// ```
625     ///
626     /// [`mem::swap`]: crate::mem::swap
627     #[lang = "new_unchecked"]
628     #[inline(always)]
629     #[rustc_const_unstable(feature = "const_pin", issue = "76654")]
630     #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
631     pub const unsafe fn new_unchecked(pointer: P) -> Pin<P> {
632         Pin { pointer }
633     }
634
635     /// Gets a pinned shared reference from this pinned pointer.
636     ///
637     /// This is a generic method to go from `&Pin<Pointer<T>>` to `Pin<&T>`.
638     /// It is safe because, as part of the contract of `Pin::new_unchecked`,
639     /// the pointee cannot move after `Pin<Pointer<T>>` got created.
640     /// "Malicious" implementations of `Pointer::Deref` are likewise
641     /// ruled out by the contract of `Pin::new_unchecked`.
642     #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
643     #[inline(always)]
644     pub fn as_ref(&self) -> Pin<&P::Target> {
645         // SAFETY: see documentation on this function
646         unsafe { Pin::new_unchecked(&*self.pointer) }
647     }
648
649     /// Unwraps this `Pin<P>` returning the underlying pointer.
650     ///
651     /// # Safety
652     ///
653     /// This function is unsafe. You must guarantee that you will continue to
654     /// treat the pointer `P` as pinned after you call this function, so that
655     /// the invariants on the `Pin` type can be upheld. If the code using the
656     /// resulting `P` does not continue to maintain the pinning invariants that
657     /// is a violation of the API contract and may lead to undefined behavior in
658     /// later (safe) operations.
659     ///
660     /// If the underlying data is [`Unpin`], [`Pin::into_inner`] should be used
661     /// instead.
662     #[inline(always)]
663     #[rustc_const_unstable(feature = "const_pin", issue = "76654")]
664     #[stable(feature = "pin_into_inner", since = "1.39.0")]
665     pub const unsafe fn into_inner_unchecked(pin: Pin<P>) -> P {
666         pin.pointer
667     }
668 }
669
670 impl<P: DerefMut> Pin<P> {
671     /// Gets a pinned mutable reference from this pinned pointer.
672     ///
673     /// This is a generic method to go from `&mut Pin<Pointer<T>>` to `Pin<&mut T>`.
674     /// It is safe because, as part of the contract of `Pin::new_unchecked`,
675     /// the pointee cannot move after `Pin<Pointer<T>>` got created.
676     /// "Malicious" implementations of `Pointer::DerefMut` are likewise
677     /// ruled out by the contract of `Pin::new_unchecked`.
678     ///
679     /// This method is useful when doing multiple calls to functions that consume the pinned type.
680     ///
681     /// # Example
682     ///
683     /// ```
684     /// use std::pin::Pin;
685     ///
686     /// # struct Type {}
687     /// impl Type {
688     ///     fn method(self: Pin<&mut Self>) {
689     ///         // do something
690     ///     }
691     ///
692     ///     fn call_method_twice(mut self: Pin<&mut Self>) {
693     ///         // `method` consumes `self`, so reborrow the `Pin<&mut Self>` via `as_mut`.
694     ///         self.as_mut().method();
695     ///         self.as_mut().method();
696     ///     }
697     /// }
698     /// ```
699     #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
700     #[inline(always)]
701     pub fn as_mut(&mut self) -> Pin<&mut P::Target> {
702         // SAFETY: see documentation on this function
703         unsafe { Pin::new_unchecked(&mut *self.pointer) }
704     }
705
706     /// Assigns a new value to the memory behind the pinned reference.
707     ///
708     /// This overwrites pinned data, but that is okay: its destructor gets
709     /// run before being overwritten, so no pinning guarantee is violated.
710     #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
711     #[inline(always)]
712     pub fn set(&mut self, value: P::Target)
713     where
714         P::Target: Sized,
715     {
716         *(self.pointer) = value;
717     }
718 }
719
720 impl<'a, T: ?Sized> Pin<&'a T> {
721     /// Constructs a new pin by mapping the interior value.
722     ///
723     /// For example, if you  wanted to get a `Pin` of a field of something,
724     /// you could use this to get access to that field in one line of code.
725     /// However, there are several gotchas with these "pinning projections";
726     /// see the [`pin` module] documentation for further details on that topic.
727     ///
728     /// # Safety
729     ///
730     /// This function is unsafe. You must guarantee that the data you return
731     /// will not move so long as the argument value does not move (for example,
732     /// because it is one of the fields of that value), and also that you do
733     /// not move out of the argument you receive to the interior function.
734     ///
735     /// [`pin` module]: self#projections-and-structural-pinning
736     #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
737     pub unsafe fn map_unchecked<U, F>(self, func: F) -> Pin<&'a U>
738     where
739         U: ?Sized,
740         F: FnOnce(&T) -> &U,
741     {
742         let pointer = &*self.pointer;
743         let new_pointer = func(pointer);
744
745         // SAFETY: the safety contract for `new_unchecked` must be
746         // upheld by the caller.
747         unsafe { Pin::new_unchecked(new_pointer) }
748     }
749
750     /// Gets a shared reference out of a pin.
751     ///
752     /// This is safe because it is not possible to move out of a shared reference.
753     /// It may seem like there is an issue here with interior mutability: in fact,
754     /// it *is* possible to move a `T` out of a `&RefCell<T>`. However, this is
755     /// not a problem as long as there does not also exist a `Pin<&T>` pointing
756     /// to the same data, and `RefCell<T>` does not let you create a pinned reference
757     /// to its contents. See the discussion on ["pinning projections"] for further
758     /// details.
759     ///
760     /// Note: `Pin` also implements `Deref` to the target, which can be used
761     /// to access the inner value. However, `Deref` only provides a reference
762     /// that lives for as long as the borrow of the `Pin`, not the lifetime of
763     /// the `Pin` itself. This method allows turning the `Pin` into a reference
764     /// with the same lifetime as the original `Pin`.
765     ///
766     /// ["pinning projections"]: self#projections-and-structural-pinning
767     #[inline(always)]
768     #[must_use]
769     #[rustc_const_unstable(feature = "const_pin", issue = "76654")]
770     #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
771     pub const fn get_ref(self) -> &'a T {
772         self.pointer
773     }
774 }
775
776 impl<'a, T: ?Sized> Pin<&'a mut T> {
777     /// Converts this `Pin<&mut T>` into a `Pin<&T>` with the same lifetime.
778     #[inline(always)]
779     #[must_use = "`self` will be dropped if the result is not used"]
780     #[rustc_const_unstable(feature = "const_pin", issue = "76654")]
781     #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
782     pub const fn into_ref(self) -> Pin<&'a T> {
783         Pin { pointer: self.pointer }
784     }
785
786     /// Gets a mutable reference to the data inside of this `Pin`.
787     ///
788     /// This requires that the data inside this `Pin` is `Unpin`.
789     ///
790     /// Note: `Pin` also implements `DerefMut` to the data, which can be used
791     /// to access the inner value. However, `DerefMut` only provides a reference
792     /// that lives for as long as the borrow of the `Pin`, not the lifetime of
793     /// the `Pin` itself. This method allows turning the `Pin` into a reference
794     /// with the same lifetime as the original `Pin`.
795     #[inline(always)]
796     #[must_use = "`self` will be dropped if the result is not used"]
797     #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
798     #[rustc_const_unstable(feature = "const_pin", issue = "76654")]
799     pub const fn get_mut(self) -> &'a mut T
800     where
801         T: Unpin,
802     {
803         self.pointer
804     }
805
806     /// Gets a mutable reference to the data inside of this `Pin`.
807     ///
808     /// # Safety
809     ///
810     /// This function is unsafe. You must guarantee that you will never move
811     /// the data out of the mutable reference you receive when you call this
812     /// function, so that the invariants on the `Pin` type can be upheld.
813     ///
814     /// If the underlying data is `Unpin`, `Pin::get_mut` should be used
815     /// instead.
816     #[inline(always)]
817     #[must_use = "`self` will be dropped if the result is not used"]
818     #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
819     #[rustc_const_unstable(feature = "const_pin", issue = "76654")]
820     pub const unsafe fn get_unchecked_mut(self) -> &'a mut T {
821         self.pointer
822     }
823
824     /// Construct a new pin by mapping the interior value.
825     ///
826     /// For example, if you  wanted to get a `Pin` of a field of something,
827     /// you could use this to get access to that field in one line of code.
828     /// However, there are several gotchas with these "pinning projections";
829     /// see the [`pin` module] documentation for further details on that topic.
830     ///
831     /// # Safety
832     ///
833     /// This function is unsafe. You must guarantee that the data you return
834     /// will not move so long as the argument value does not move (for example,
835     /// because it is one of the fields of that value), and also that you do
836     /// not move out of the argument you receive to the interior function.
837     ///
838     /// [`pin` module]: self#projections-and-structural-pinning
839     #[must_use = "`self` will be dropped if the result is not used"]
840     #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
841     pub unsafe fn map_unchecked_mut<U, F>(self, func: F) -> Pin<&'a mut U>
842     where
843         U: ?Sized,
844         F: FnOnce(&mut T) -> &mut U,
845     {
846         // SAFETY: the caller is responsible for not moving the
847         // value out of this reference.
848         let pointer = unsafe { Pin::get_unchecked_mut(self) };
849         let new_pointer = func(pointer);
850         // SAFETY: as the value of `this` is guaranteed to not have
851         // been moved out, this call to `new_unchecked` is safe.
852         unsafe { Pin::new_unchecked(new_pointer) }
853     }
854 }
855
856 impl<T: ?Sized> Pin<&'static T> {
857     /// Get a pinned reference from a static reference.
858     ///
859     /// This is safe, because `T` is borrowed for the `'static` lifetime, which
860     /// never ends.
861     #[stable(feature = "pin_static_ref", since = "1.61.0")]
862     #[rustc_const_unstable(feature = "const_pin", issue = "76654")]
863     pub const fn static_ref(r: &'static T) -> Pin<&'static T> {
864         // SAFETY: The 'static borrow guarantees the data will not be
865         // moved/invalidated until it gets dropped (which is never).
866         unsafe { Pin::new_unchecked(r) }
867     }
868 }
869
870 impl<'a, P: DerefMut> Pin<&'a mut Pin<P>> {
871     /// Gets a pinned mutable reference from this nested pinned pointer.
872     ///
873     /// This is a generic method to go from `Pin<&mut Pin<Pointer<T>>>` to `Pin<&mut T>`. It is
874     /// safe because the existence of a `Pin<Pointer<T>>` ensures that the pointee, `T`, cannot
875     /// move in the future, and this method does not enable the pointee to move. "Malicious"
876     /// implementations of `P::DerefMut` are likewise ruled out by the contract of
877     /// `Pin::new_unchecked`.
878     #[unstable(feature = "pin_deref_mut", issue = "86918")]
879     #[must_use = "`self` will be dropped if the result is not used"]
880     #[inline(always)]
881     pub fn as_deref_mut(self) -> Pin<&'a mut P::Target> {
882         // SAFETY: What we're asserting here is that going from
883         //
884         //     Pin<&mut Pin<P>>
885         //
886         // to
887         //
888         //     Pin<&mut P::Target>
889         //
890         // is safe.
891         //
892         // We need to ensure that two things hold for that to be the case:
893         //
894         // 1) Once we give out a `Pin<&mut P::Target>`, an `&mut P::Target` will not be given out.
895         // 2) By giving out a `Pin<&mut P::Target>`, we do not risk of violating `Pin<&mut Pin<P>>`
896         //
897         // The existence of `Pin<P>` is sufficient to guarantee #1: since we already have a
898         // `Pin<P>`, it must already uphold the pinning guarantees, which must mean that
899         // `Pin<&mut P::Target>` does as well, since `Pin::as_mut` is safe. We do not have to rely
900         // on the fact that P is _also_ pinned.
901         //
902         // For #2, we need to ensure that code given a `Pin<&mut P::Target>` cannot cause the
903         // `Pin<P>` to move? That is not possible, since `Pin<&mut P::Target>` no longer retains
904         // any access to the `P` itself, much less the `Pin<P>`.
905         unsafe { self.get_unchecked_mut() }.as_mut()
906     }
907 }
908
909 impl<T: ?Sized> Pin<&'static mut T> {
910     /// Get a pinned mutable reference from a static mutable reference.
911     ///
912     /// This is safe, because `T` is borrowed for the `'static` lifetime, which
913     /// never ends.
914     #[stable(feature = "pin_static_ref", since = "1.61.0")]
915     #[rustc_const_unstable(feature = "const_pin", issue = "76654")]
916     pub const fn static_mut(r: &'static mut T) -> Pin<&'static mut T> {
917         // SAFETY: The 'static borrow guarantees the data will not be
918         // moved/invalidated until it gets dropped (which is never).
919         unsafe { Pin::new_unchecked(r) }
920     }
921 }
922
923 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
924 impl<P: Deref> Deref for Pin<P> {
925     type Target = P::Target;
926     fn deref(&self) -> &P::Target {
927         Pin::get_ref(Pin::as_ref(self))
928     }
929 }
930
931 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
932 impl<P: DerefMut<Target: Unpin>> DerefMut for Pin<P> {
933     fn deref_mut(&mut self) -> &mut P::Target {
934         Pin::get_mut(Pin::as_mut(self))
935     }
936 }
937
938 #[unstable(feature = "receiver_trait", issue = "none")]
939 impl<P: Receiver> Receiver for Pin<P> {}
940
941 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
942 impl<P: fmt::Debug> fmt::Debug for Pin<P> {
943     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
944         fmt::Debug::fmt(&self.pointer, f)
945     }
946 }
947
948 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
949 impl<P: fmt::Display> fmt::Display for Pin<P> {
950     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
951         fmt::Display::fmt(&self.pointer, f)
952     }
953 }
954
955 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
956 impl<P: fmt::Pointer> fmt::Pointer for Pin<P> {
957     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
958         fmt::Pointer::fmt(&self.pointer, f)
959     }
960 }
961
962 // Note: this means that any impl of `CoerceUnsized` that allows coercing from
963 // a type that impls `Deref<Target=impl !Unpin>` to a type that impls
964 // `Deref<Target=Unpin>` is unsound. Any such impl would probably be unsound
965 // for other reasons, though, so we just need to take care not to allow such
966 // impls to land in std.
967 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
968 impl<P, U> CoerceUnsized<Pin<U>> for Pin<P> where P: CoerceUnsized<U> {}
969
970 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
971 impl<P, U> DispatchFromDyn<Pin<U>> for Pin<P> where P: DispatchFromDyn<U> {}
972
973 /// Constructs a <code>[Pin]<[&mut] T></code>, by pinning[^1] a `value: T` _locally_[^2].
974 ///
975 /// Unlike [`Box::pin`], this does not involve a heap allocation.
976 ///
977 /// [^1]: If the (type `T` of the) given value does not implement [`Unpin`], then this
978 /// effectively pins the `value` in memory, where it will be unable to be moved.
979 /// Otherwise, <code>[Pin]<[&mut] T></code> behaves like <code>[&mut] T</code>, and operations such
980 /// as [`mem::replace()`][crate::mem::replace] will allow extracting that value, and therefore,
981 /// moving it.
982 /// See [the `Unpin` section of the `pin` module][self#unpin] for more info.
983 ///
984 /// [^2]: This is usually dubbed "stack"-pinning. And whilst local values are almost always located
985 /// in the stack (_e.g._, when within the body of a non-`async` function), the truth is that inside
986 /// the body of an `async fn` or block —more generally, the body of a generator— any locals crossing
987 /// an `.await` point —a `yield` point— end up being part of the state captured by the `Future` —by
988 /// the `Generator`—, and thus will be stored wherever that one is.
989 ///
990 /// ## Examples
991 ///
992 /// ### Basic usage
993 ///
994 /// ```rust
995 /// #![feature(pin_macro)]
996 /// # use core::marker::PhantomPinned as Foo;
997 /// use core::pin::{pin, Pin};
998 ///
999 /// fn stuff(foo: Pin<&mut Foo>) {
1000 ///     // …
1001 ///     # let _ = foo;
1002 /// }
1003 ///
1004 /// let pinned_foo = pin!(Foo { /* … */ });
1005 /// stuff(pinned_foo);
1006 /// // or, directly:
1007 /// stuff(pin!(Foo { /* … */ }));
1008 /// ```
1009 ///
1010 /// ### Manually polling a `Future` (without `Unpin` bounds)
1011 ///
1012 /// ```rust
1013 /// #![feature(pin_macro)]
1014 /// use std::{
1015 ///     future::Future,
1016 ///     pin::pin,
1017 ///     task::{Context, Poll},
1018 ///     thread,
1019 /// };
1020 /// # use std::{sync::Arc, task::Wake, thread::Thread};
1021 ///
1022 /// # /// A waker that wakes up the current thread when called.
1023 /// # struct ThreadWaker(Thread);
1024 /// #
1025 /// # impl Wake for ThreadWaker {
1026 /// #     fn wake(self: Arc<Self>) {
1027 /// #         self.0.unpark();
1028 /// #     }
1029 /// # }
1030 /// #
1031 /// /// Runs a future to completion.
1032 /// fn block_on<Fut: Future>(fut: Fut) -> Fut::Output {
1033 ///     let waker_that_unparks_thread = // …
1034 ///         # Arc::new(ThreadWaker(thread::current())).into();
1035 ///     let mut cx = Context::from_waker(&waker_that_unparks_thread);
1036 ///     // Pin the future so it can be polled.
1037 ///     let mut pinned_fut = pin!(fut);
1038 ///     loop {
1039 ///         match pinned_fut.as_mut().poll(&mut cx) {
1040 ///             Poll::Pending => thread::park(),
1041 ///             Poll::Ready(res) => return res,
1042 ///         }
1043 ///     }
1044 /// }
1045 /// #
1046 /// # assert_eq!(42, block_on(async { 42 }));
1047 /// ```
1048 ///
1049 /// ### With `Generator`s
1050 ///
1051 /// ```rust
1052 /// #![feature(generators, generator_trait, pin_macro)]
1053 /// use core::{
1054 ///     ops::{Generator, GeneratorState},
1055 ///     pin::pin,
1056 /// };
1057 ///
1058 /// fn generator_fn() -> impl Generator<Yield = usize, Return = ()> /* not Unpin */ {
1059 ///  // Allow generator to be self-referential (not `Unpin`)
1060 ///  // vvvvvv        so that locals can cross yield points.
1061 ///     static || {
1062 ///         let foo = String::from("foo");
1063 ///         let foo_ref = &foo; // ------+
1064 ///         yield 0;                  // | <- crosses yield point!
1065 ///         println!("{foo_ref}"); // <--+
1066 ///         yield foo.len();
1067 ///     }
1068 /// }
1069 ///
1070 /// fn main() {
1071 ///     let mut generator = pin!(generator_fn());
1072 ///     match generator.as_mut().resume(()) {
1073 ///         GeneratorState::Yielded(0) => {},
1074 ///         _ => unreachable!(),
1075 ///     }
1076 ///     match generator.as_mut().resume(()) {
1077 ///         GeneratorState::Yielded(3) => {},
1078 ///         _ => unreachable!(),
1079 ///     }
1080 ///     match generator.resume(()) {
1081 ///         GeneratorState::Yielded(_) => unreachable!(),
1082 ///         GeneratorState::Complete(()) => {},
1083 ///     }
1084 /// }
1085 /// ```
1086 ///
1087 /// ## Remarks
1088 ///
1089 /// Precisely because a value is pinned to local storage, the resulting <code>[Pin]<[&mut] T></code>
1090 /// reference ends up borrowing a local tied to that block: it can't escape it.
1091 ///
1092 /// The following, for instance, fails to compile:
1093 ///
1094 /// ```rust,compile_fail
1095 /// #![feature(pin_macro)]
1096 /// use core::pin::{pin, Pin};
1097 /// # use core::{marker::PhantomPinned as Foo, mem::drop as stuff};
1098 ///
1099 /// let x: Pin<&mut Foo> = {
1100 ///     let x: Pin<&mut Foo> = pin!(Foo { /* … */ });
1101 ///     x
1102 /// }; // <- Foo is dropped
1103 /// stuff(x); // Error: use of dropped value
1104 /// ```
1105 ///
1106 /// <details><summary>Error message</summary>
1107 ///
1108 /// ```console
1109 /// error[E0716]: temporary value dropped while borrowed
1110 ///   --> src/main.rs:9:28
1111 ///    |
1112 /// 8  | let x: Pin<&mut Foo> = {
1113 ///    |     - borrow later stored here
1114 /// 9  |     let x: Pin<&mut Foo> = pin!(Foo { /* … */ });
1115 ///    |                            ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ creates a temporary value which is freed while still in use
1116 /// 10 |     x
1117 /// 11 | }; // <- Foo is dropped
1118 ///    | - temporary value is freed at the end of this statement
1119 ///    |
1120 ///    = note: consider using a `let` binding to create a longer lived value
1121 /// ```
1122 ///
1123 /// </details>
1124 ///
1125 /// This makes [`pin!`] **unsuitable to pin values when intending to _return_ them**. Instead, the
1126 /// value is expected to be passed around _unpinned_ until the point where it is to be consumed,
1127 /// where it is then useful and even sensible to pin the value locally using [`pin!`].
1128 ///
1129 /// If you really need to return a pinned value, consider using [`Box::pin`] instead.
1130 ///
1131 /// On the other hand, pinning to the stack[<sup>2</sup>](#fn2) using [`pin!`] is likely to be
1132 /// cheaper than pinning into a fresh heap allocation using [`Box::pin`]. Moreover, by virtue of not
1133 /// even needing an allocator, [`pin!`] is the main non-`unsafe` `#![no_std]`-compatible [`Pin`]
1134 /// constructor.
1135 ///
1136 /// [`Box::pin`]: ../../std/boxed/struct.Box.html#method.pin
1137 #[unstable(feature = "pin_macro", issue = "93178")]
1138 #[rustc_macro_transparency = "semitransparent"]
1139 #[allow_internal_unstable(unsafe_pin_internals)]
1140 pub macro pin($value:expr $(,)?) {
1141     // This is `Pin::new_unchecked(&mut { $value })`, so, for starters, let's
1142     // review such a hypothetical macro (that any user-code could define):
1143     //
1144     // ```rust
1145     // macro_rules! pin {( $value:expr ) => (
1146     //     match &mut { $value } { at_value => unsafe { // Do not wrap `$value` in an `unsafe` block.
1147     //         $crate::pin::Pin::<&mut _>::new_unchecked(at_value)
1148     //     }}
1149     // )}
1150     // ```
1151     //
1152     // Safety:
1153     //   - `type P = &mut _`. There are thus no pathological `Deref{,Mut}` impls
1154     //     that would break `Pin`'s invariants.
1155     //   - `{ $value }` is braced, making it a _block expression_, thus **moving**
1156     //     the given `$value`, and making it _become an **anonymous** temporary_.
1157     //     By virtue of being anonymous, it can no longer be accessed, thus
1158     //     preventing any attempts to `mem::replace` it or `mem::forget` it, _etc._
1159     //
1160     // This gives us a `pin!` definition that is sound, and which works, but only
1161     // in certain scenarios:
1162     //   - If the `pin!(value)` expression is _directly_ fed to a function call:
1163     //     `let poll = pin!(fut).poll(cx);`
1164     //   - If the `pin!(value)` expression is part of a scrutinee:
1165     //     ```rust
1166     //     match pin!(fut) { pinned_fut => {
1167     //         pinned_fut.as_mut().poll(...);
1168     //         pinned_fut.as_mut().poll(...);
1169     //     }} // <- `fut` is dropped here.
1170     //     ```
1171     // Alas, it doesn't work for the more straight-forward use-case: `let` bindings.
1172     // ```rust
1173     // let pinned_fut = pin!(fut); // <- temporary value is freed at the end of this statement
1174     // pinned_fut.poll(...) // error[E0716]: temporary value dropped while borrowed
1175     //                      // note: consider using a `let` binding to create a longer lived value
1176     // ```
1177     //   - Issues such as this one are the ones motivating https://github.com/rust-lang/rfcs/pull/66
1178     //
1179     // This makes such a macro incredibly unergonomic in practice, and the reason most macros
1180     // out there had to take the path of being a statement/binding macro (_e.g._, `pin!(future);`)
1181     // instead of featuring the more intuitive ergonomics of an expression macro.
1182     //
1183     // Luckily, there is a way to avoid the problem. Indeed, the problem stems from the fact that a
1184     // temporary is dropped at the end of its enclosing statement when it is part of the parameters
1185     // given to function call, which has precisely been the case with our `Pin::new_unchecked()`!
1186     // For instance,
1187     // ```rust
1188     // let p = Pin::new_unchecked(&mut <temporary>);
1189     // ```
1190     // becomes:
1191     // ```rust
1192     // let p = { let mut anon = <temporary>; &mut anon };
1193     // ```
1194     //
1195     // However, when using a literal braced struct to construct the value, references to temporaries
1196     // can then be taken. This makes Rust change the lifespan of such temporaries so that they are,
1197     // instead, dropped _at the end of the enscoping block_.
1198     // For instance,
1199     // ```rust
1200     // let p = Pin { pointer: &mut <temporary> };
1201     // ```
1202     // becomes:
1203     // ```rust
1204     // let mut anon = <temporary>;
1205     // let p = Pin { pointer: &mut anon };
1206     // ```
1207     // which is *exactly* what we want.
1208     //
1209     // See https://doc.rust-lang.org/1.58.1/reference/destructors.html#temporary-lifetime-extension
1210     // for more info.
1211     $crate::pin::Pin::<&mut _> { pointer: &mut { $value } }
1212 }