]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/liballoc/raw_vec.rs
97acd0db52478348da758770ee7e4a4b4ddf39d7
[rust.git] / src / liballoc / raw_vec.rs
1 // Copyright 2015 The Rust Project Developers. See the COPYRIGHT
2 // file at the top-level directory of this distribution and at
3 // http://rust-lang.org/COPYRIGHT.
4 //
5 // Licensed under the Apache License, Version 2.0 <LICENSE-APACHE or
6 // http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0> or the MIT license
7 // <LICENSE-MIT or http://opensource.org/licenses/MIT>, at your
8 // option. This file may not be copied, modified, or distributed
9 // except according to those terms.
10
11 use core::ptr::Unique;
12 use core::mem;
13 use core::slice::{self, SliceExt};
14 use heap;
15 use super::oom;
16 use super::boxed::Box;
17 use core::ops::Drop;
18 use core;
19
20 /// A low-level utility for more ergonomically allocating, reallocating, and deallocating a
21 /// a buffer of memory on the heap without having to worry about all the corner cases
22 /// involved. This type is excellent for building your own data structures like Vec and VecDeque.
23 /// In particular:
24 ///
25 /// * Produces heap::EMPTY on zero-sized types
26 /// * Produces heap::EMPTY on zero-length allocations
27 /// * Catches all overflows in capacity computations (promotes them to "capacity overflow" panics)
28 /// * Guards against 32-bit systems allocating more than isize::MAX bytes
29 /// * Guards against overflowing your length
30 /// * Aborts on OOM
31 /// * Avoids freeing heap::EMPTY
32 /// * Contains a ptr::Unique and thus endows the user with all related benefits
33 ///
34 /// This type does not in anyway inspect the memory that it manages. When dropped it *will*
35 /// free its memory, but it *won't* try to Drop its contents. It is up to the user of RawVec
36 /// to handle the actual things *stored* inside of a RawVec.
37 ///
38 /// Note that a RawVec always forces its capacity to be usize::MAX for zero-sized types.
39 /// This enables you to use capacity growing logic catch the overflows in your length
40 /// that might occur with zero-sized types.
41 ///
42 /// However this means that you need to be careful when roundtripping this type
43 /// with a `Box<[T]>`: `cap()` won't yield the len. However `with_capacity`,
44 /// `shrink_to_fit`, and `from_box` will actually set RawVec's private capacity
45 /// field. This allows zero-sized types to not be special-cased by consumers of
46 /// this type.
47 #[unsafe_no_drop_flag]
48 pub struct RawVec<T> {
49     ptr: Unique<T>,
50     cap: usize,
51 }
52
53 impl<T> RawVec<T> {
54     /// Creates the biggest possible RawVec without allocating. If T has positive
55     /// size, then this makes a RawVec with capacity 0. If T has 0 size, then it
56     /// it makes a RawVec with capacity `usize::MAX`. Useful for implementing
57     /// delayed allocation.
58     pub fn new() -> Self {
59         unsafe {
60             // !0 is usize::MAX. This branch should be stripped at compile time.
61             let cap = if mem::size_of::<T>() == 0 { !0 } else { 0 };
62
63             // heap::EMPTY doubles as "unallocated" and "zero-sized allocation"
64             RawVec { ptr: Unique::new(heap::EMPTY as *mut T), cap: cap }
65         }
66     }
67
68     /// Creates a RawVec with exactly the capacity and alignment requirements
69     /// for a `[T; cap]`. This is equivalent to calling RawVec::new when `cap` is 0
70     /// or T is zero-sized. Note that if `T` is zero-sized this means you will *not*
71     /// get a RawVec with the requested capacity!
72     ///
73     /// # Panics
74     ///
75     /// * Panics if the requested capacity exceeds `usize::MAX` bytes.
76     /// * Panics on 32-bit platforms if the requested capacity exceeds
77     ///   `isize::MAX` bytes.
78     ///
79     /// # Aborts
80     ///
81     /// Aborts on OOM
82     pub fn with_capacity(cap: usize) -> Self {
83         unsafe {
84             let elem_size = mem::size_of::<T>();
85
86             let alloc_size = cap.checked_mul(elem_size).expect("capacity overflow");
87             alloc_guard(alloc_size);
88
89             // handles ZSTs and `cap = 0` alike
90             let ptr = if alloc_size == 0 {
91                 heap::EMPTY as *mut u8
92             } else {
93                 let align = mem::align_of::<T>();
94                 let ptr = heap::allocate(alloc_size, align);
95                 if ptr.is_null() { oom() }
96                 ptr
97             };
98
99             RawVec { ptr: Unique::new(ptr as *mut _), cap: cap }
100         }
101     }
102
103     /// Reconstitutes a RawVec from a pointer and capacity.
104     ///
105     /// # Undefined Behaviour
106     ///
107     /// The ptr must be allocated, and with the given capacity. The
108     /// capacity cannot exceed `isize::MAX` (only a concern on 32-bit systems).
109     /// If the ptr and capacity come from a RawVec, then this is guaranteed.
110     pub unsafe fn from_raw_parts(ptr: *mut T, cap: usize) -> Self {
111         RawVec { ptr: Unique::new(ptr), cap: cap }
112     }
113
114     /// Converts a `Box<[T]>` into a `RawVec<T>`.
115     pub fn from_box(mut slice: Box<[T]>) -> Self {
116         unsafe {
117             let result = RawVec::from_raw_parts(slice.as_mut_ptr(), slice.len());
118             mem::forget(slice);
119             result
120         }
121     }
122 }
123
124 impl<T> RawVec<T> {
125     /// Gets a raw pointer to the start of the allocation. Note that this is
126     /// heap::EMPTY if `cap = 0` or T is zero-sized. In the former case, you must
127     /// be careful.
128     pub fn ptr(&self) -> *mut T {
129         *self.ptr
130     }
131
132     /// Gets the capacity of the allocation.
133     ///
134     /// This will always be `usize::MAX` if `T` is zero-sized.
135     pub fn cap(&self) -> usize {
136         if mem::size_of::<T>() == 0 { !0 } else { self.cap }
137     }
138
139     /// Doubles the size of the type's backing allocation. This is common enough
140     /// to want to do that it's easiest to just have a dedicated method. Slightly
141     /// more efficient logic can be provided for this than the general case.
142     ///
143     /// This function is ideal for when pushing elements one-at-a-time because
144     /// you don't need to incur the costs of the more general computations
145     /// reserve needs to do to guard against overflow. You do however need to
146     /// manually check if your `len == cap`.
147     ///
148     /// # Panics
149     ///
150     /// * Panics if T is zero-sized on the assumption that you managed to exhaust
151     ///   all `usize::MAX` slots in your imaginary buffer.
152     /// * Panics on 32-bit platforms if the requested capacity exceeds
153     ///   `isize::MAX` bytes.
154     ///
155     /// # Aborts
156     ///
157     /// Aborts on OOM
158     ///
159     /// # Examples
160     ///
161     /// ```ignore
162     /// struct MyVec<T> {
163     ///     buf: RawVec<T>,
164     ///     len: usize,
165     /// }
166     ///
167     /// impl<T> MyVec<T> {
168     ///     pub fn push(&mut self, elem: T) {
169     ///         if self.len == self.buf.cap() { self.buf.double(); }
170     ///         // double would have aborted or panicked if the len exceeded
171     ///         // `isize::MAX` so this is safe to do unchecked now.
172     ///         unsafe {
173     ///             ptr::write(self.buf.ptr().offset(self.len as isize), elem);
174     ///         }
175     ///         self.len += 1;
176     ///     }
177     /// }
178     /// ```
179     #[inline(never)]
180     #[cold]
181     pub fn double(&mut self) {
182         unsafe {
183             let elem_size = mem::size_of::<T>();
184
185             // since we set the capacity to usize::MAX when elem_size is
186             // 0, getting to here necessarily means the RawVec is overfull.
187             assert!(elem_size != 0, "capacity overflow");
188
189             let align = mem::align_of::<T>();
190
191             let (new_cap, ptr) = if self.cap == 0 {
192                 // skip to 4 because tiny Vec's are dumb; but not if that would cause overflow
193                 let new_cap = if elem_size > (!0) / 8 { 1 } else { 4 };
194                 let ptr = heap::allocate(new_cap * elem_size, align);
195                 (new_cap, ptr)
196             } else {
197                 // Since we guarantee that we never allocate more than isize::MAX bytes,
198                 // `elem_size * self.cap <= isize::MAX` as a precondition, so this can't overflow
199                 let new_cap = 2 * self.cap;
200                 let new_alloc_size = new_cap * elem_size;
201                 alloc_guard(new_alloc_size);
202                 let ptr = heap::reallocate(self.ptr() as *mut _,
203                                            self.cap * elem_size,
204                                            new_alloc_size,
205                                            align);
206                 (new_cap, ptr)
207             };
208
209             // If allocate or reallocate fail, we'll get `null` back
210             if ptr.is_null() { oom() }
211
212             self.ptr = Unique::new(ptr as *mut _);
213             self.cap = new_cap;
214         }
215     }
216
217     /// Ensures that the buffer contains at least enough space to hold
218     /// `used_cap + needed_extra_cap` elements. If it doesn't already,
219     /// will reallocate the minimum possible amount of memory necessary.
220     /// Generally this will be exactly the amount of memory necessary,
221     /// but in principle the allocator is free to give back more than
222     /// we asked for.
223     ///
224     /// If `used_cap` exceeds `self.cap()`, this may fail to actually allocate
225     /// the requested space. This is not really unsafe, but the unsafe
226     /// code *you* write that relies on the behaviour of this function may break.
227     ///
228     /// # Panics
229     ///
230     /// * Panics if the requested capacity exceeds `usize::MAX` bytes.
231     /// * Panics on 32-bit platforms if the requested capacity exceeds
232     ///   `isize::MAX` bytes.
233     ///
234     /// # Aborts
235     ///
236     /// Aborts on OOM
237     pub fn reserve_exact(&mut self, used_cap: usize, needed_extra_cap: usize) {
238         unsafe {
239             let elem_size = mem::size_of::<T>();
240             let align = mem::align_of::<T>();
241
242             // NOTE: we don't early branch on ZSTs here because we want this
243             // to actually catch "asking for more than usize::MAX" in that case.
244             // If we make it past the first branch then we are guaranteed to
245             // panic.
246
247             // Don't actually need any more capacity.
248             // Wrapping in case they gave a bad `used_cap`.
249             if self.cap().wrapping_sub(used_cap) >= needed_extra_cap { return; }
250
251             // Nothing we can really do about these checks :(
252             let new_cap = used_cap.checked_add(needed_extra_cap).expect("capacity overflow");
253             let new_alloc_size = new_cap.checked_mul(elem_size).expect("capacity overflow");
254             alloc_guard(new_alloc_size);
255
256             let ptr = if self.cap == 0 {
257                 heap::allocate(new_alloc_size, align)
258             } else {
259                 heap::reallocate(self.ptr() as *mut _,
260                                  self.cap * elem_size,
261                                  new_alloc_size,
262                                  align)
263             };
264
265             // If allocate or reallocate fail, we'll get `null` back
266             if ptr.is_null() { oom() }
267
268             self.ptr = Unique::new(ptr as *mut _);
269             self.cap = new_cap;
270         }
271     }
272
273     /// Ensures that the buffer contains at least enough space to hold
274     /// `used_cap + needed_extra_cap` elements. If it doesn't already have
275     /// enough capacity, will reallocate enough space plus comfortable slack
276     /// space to get amortized `O(1)` behaviour. Will limit this behaviour
277     /// if it would needlessly cause itself to panic.
278     ///
279     /// If `used_cap` exceeds `self.cap()`, this may fail to actually allocate
280     /// the requested space. This is not really unsafe, but the unsafe
281     /// code *you* write that relies on the behaviour of this function may break.
282     ///
283     /// This is ideal for implementing a bulk-push operation like `extend`.
284     ///
285     /// # Panics
286     ///
287     /// * Panics if the requested capacity exceeds `usize::MAX` bytes.
288     /// * Panics on 32-bit platforms if the requested capacity exceeds
289     ///   `isize::MAX` bytes.
290     ///
291     /// # Aborts
292     ///
293     /// Aborts on OOM
294     ///
295     /// # Examples
296     ///
297     /// ```ignore
298     /// struct MyVec<T> {
299     ///     buf: RawVec<T>,
300     ///     len: usize,
301     /// }
302     ///
303     /// impl<T> MyVec<T> {
304     ///     pub fn push_all(&mut self, elems: &[T]) {
305     ///         self.buf.reserve(self.len, elems.len());
306     ///         // reserve would have aborted or panicked if the len exceeded
307     ///         // `isize::MAX` so this is safe to do unchecked now.
308     ///         for x in elems {
309     ///             unsafe {
310     ///                 ptr::write(self.buf.ptr().offset(self.len as isize), x.clone());
311     ///             }
312     ///             self.len += 1;
313     ///         }
314     ///     }
315     /// }
316     /// ```
317     pub fn reserve(&mut self, used_cap: usize, needed_extra_cap: usize) {
318         unsafe {
319             let elem_size = mem::size_of::<T>();
320             let align = mem::align_of::<T>();
321
322             // NOTE: we don't early branch on ZSTs here because we want this
323             // to actually catch "asking for more than usize::MAX" in that case.
324             // If we make it past the first branch then we are guaranteed to
325             // panic.
326
327             // Don't actually need any more capacity.
328             // Wrapping in case they give a bas `used_cap`
329             if self.cap().wrapping_sub(used_cap) >= needed_extra_cap { return; }
330
331             // Nothing we can really do about these checks :(
332             let new_cap = used_cap.checked_add(needed_extra_cap)
333                                   .and_then(|cap| cap.checked_mul(2))
334                                   .expect("capacity overflow");
335             let new_alloc_size = new_cap.checked_mul(elem_size).expect("capacity overflow");
336             // FIXME: may crash and burn on over-reserve
337             alloc_guard(new_alloc_size);
338
339             let ptr = if self.cap == 0 {
340                 heap::allocate(new_alloc_size, align)
341             } else {
342                 heap::reallocate(self.ptr() as *mut _,
343                                  self.cap * elem_size,
344                                  new_alloc_size,
345                                  align)
346             };
347
348             // If allocate or reallocate fail, we'll get `null` back
349             if ptr.is_null() { oom() }
350
351             self.ptr = Unique::new(ptr as *mut _);
352             self.cap = new_cap;
353         }
354     }
355
356     /// Shrinks the allocation down to the specified amount. If the given amount
357     /// is 0, actually completely deallocates.
358     ///
359     /// # Panics
360     ///
361     /// Panics if the given amount is *larger* than the current capacity.
362     ///
363     /// # Aborts
364     ///
365     /// Aborts on OOM.
366     pub fn shrink_to_fit(&mut self, amount: usize) {
367         let elem_size = mem::size_of::<T>();
368         let align = mem::align_of::<T>();
369
370         // Set the `cap` because they might be about to promote to a `Box<[T]>`
371         if elem_size == 0 {
372             self.cap = amount;
373             return;
374         }
375
376         // This check is my waterloo; it's the only thing Vec wouldn't have to do.
377         assert!(self.cap >= amount, "Tried to shrink to a larger capacity");
378
379         if amount == 0 {
380             mem::replace(self, RawVec::new());
381         } else if self.cap != amount {
382             unsafe {
383                 // Overflow check is unnecessary as the vector is already at
384                 // least this large.
385                 let ptr = heap::reallocate(self.ptr() as *mut _,
386                                            self.cap * elem_size,
387                                            amount * elem_size,
388                                            align);
389                 if ptr.is_null() { oom() }
390                 self.ptr = Unique::new(ptr as *mut _);
391             }
392             self.cap = amount;
393         }
394     }
395
396     /// Converts the entire buffer into `Box<[T]>`.
397     ///
398     /// While it is not *strictly* Undefined Behaviour to call
399     /// this procedure while some of the RawVec is unintialized,
400     /// it cetainly makes it trivial to trigger it.
401     ///
402     /// Note that this will correctly reconstitute any `cap` changes
403     /// that may have been performed. (see description of type for details)
404     pub unsafe fn into_box(self) -> Box<[T]> {
405         // NOTE: not calling `cap()` here, actually using the real `cap` field!
406         let slice = slice::from_raw_parts_mut(self.ptr(), self.cap);
407         let output: Box<[T]> = Box::from_raw(slice);
408         mem::forget(self);
409         output
410     }
411
412     /// This is a stupid name in the hopes that someone will find this in the
413     /// not too distant future and remove it with the rest of
414     /// #[unsafe_no_drop_flag]
415     pub fn unsafe_no_drop_flag_needs_drop(&self) -> bool {
416         self.cap != mem::POST_DROP_USIZE
417     }
418 }
419
420 impl<T> Drop for RawVec<T> {
421     /// Frees the memory owned by the RawVec *without* trying to Drop its contents.
422     fn drop(&mut self) {
423         let elem_size = mem::size_of::<T>();
424         if elem_size != 0 && self.cap != 0 && self.unsafe_no_drop_flag_needs_drop() {
425             let align = mem::align_of::<T>();
426
427             let num_bytes = elem_size * self.cap;
428             unsafe {
429                 heap::deallocate(*self.ptr as *mut _, num_bytes, align);
430             }
431         }
432     }
433 }
434
435
436
437 // We need to guarantee the following:
438 // * We don't ever allocate `> isize::MAX` byte-size objects
439 // * We don't overflow `usize::MAX` and actually allocate too little
440 //
441 // On 64-bit we just need to check for overflow since trying to allocate
442 // `> isize::MAX` bytes will surely fail. On 32-bit we need to add an extra
443 // guard for this in case we're running on a platform which can use all 4GB in
444 // user-space. e.g. PAE or x32
445
446 #[inline]
447 fn alloc_guard(alloc_size: usize) {
448     if core::usize::BITS < 64 {
449         assert!(alloc_size <= ::core::isize::MAX as usize, "capacity overflow");
450     }
451 }