]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/liballoc/raw_vec.rs
Fix caching issue when building tools.
[rust.git] / src / liballoc / raw_vec.rs
1 #![unstable(feature = "raw_vec_internals", reason = "implementation detail", issue = "none")]
2 #![doc(hidden)]
3
4 use core::alloc::{LayoutErr, MemoryBlock};
5 use core::cmp;
6 use core::mem::{self, ManuallyDrop, MaybeUninit};
7 use core::ops::Drop;
8 use core::ptr::{NonNull, Unique};
9 use core::slice;
10
11 use crate::alloc::{
12     handle_alloc_error,
13     AllocInit::{self, *},
14     AllocRef, Global, Layout,
15     ReallocPlacement::{self, *},
16 };
17 use crate::boxed::Box;
18 use crate::collections::TryReserveError::{self, *};
19
20 #[cfg(test)]
21 mod tests;
22
23 /// A low-level utility for more ergonomically allocating, reallocating, and deallocating
24 /// a buffer of memory on the heap without having to worry about all the corner cases
25 /// involved. This type is excellent for building your own data structures like Vec and VecDeque.
26 /// In particular:
27 ///
28 /// * Produces `Unique::dangling()` on zero-sized types.
29 /// * Produces `Unique::dangling()` on zero-length allocations.
30 /// * Avoids freeing `Unique::dangling()`.
31 /// * Catches all overflows in capacity computations (promotes them to "capacity overflow" panics).
32 /// * Guards against 32-bit systems allocating more than isize::MAX bytes.
33 /// * Guards against overflowing your length.
34 /// * Calls `handle_alloc_error` for fallible allocations.
35 /// * Contains a `ptr::Unique` and thus endows the user with all related benefits.
36 /// * Uses the excess returned from the allocator to use the largest available capacity.
37 ///
38 /// This type does not in anyway inspect the memory that it manages. When dropped it *will*
39 /// free its memory, but it *won't* try to drop its contents. It is up to the user of `RawVec`
40 /// to handle the actual things *stored* inside of a `RawVec`.
41 ///
42 /// Note that the excess of a zero-sized types is always infinite, so `capacity()` always returns
43 /// `usize::MAX`. This means that you need to be careful when round-tripping this type with a
44 /// `Box<[T]>`, since `capacity()` won't yield the length.
45 #[allow(missing_debug_implementations)]
46 pub struct RawVec<T, A: AllocRef = Global> {
47     ptr: Unique<T>,
48     cap: usize,
49     alloc: A,
50 }
51
52 impl<T> RawVec<T, Global> {
53     /// HACK(Centril): This exists because `#[unstable]` `const fn`s needn't conform
54     /// to `min_const_fn` and so they cannot be called in `min_const_fn`s either.
55     ///
56     /// If you change `RawVec<T>::new` or dependencies, please take care to not
57     /// introduce anything that would truly violate `min_const_fn`.
58     ///
59     /// NOTE: We could avoid this hack and check conformance with some
60     /// `#[rustc_force_min_const_fn]` attribute which requires conformance
61     /// with `min_const_fn` but does not necessarily allow calling it in
62     /// `stable(...) const fn` / user code not enabling `foo` when
63     /// `#[rustc_const_unstable(feature = "foo", issue = "01234")]` is present.
64     pub const NEW: Self = Self::new();
65
66     /// Creates the biggest possible `RawVec` (on the system heap)
67     /// without allocating. If `T` has positive size, then this makes a
68     /// `RawVec` with capacity `0`. If `T` is zero-sized, then it makes a
69     /// `RawVec` with capacity `usize::MAX`. Useful for implementing
70     /// delayed allocation.
71     pub const fn new() -> Self {
72         Self::new_in(Global)
73     }
74
75     /// Creates a `RawVec` (on the system heap) with exactly the
76     /// capacity and alignment requirements for a `[T; capacity]`. This is
77     /// equivalent to calling `RawVec::new` when `capacity` is `0` or `T` is
78     /// zero-sized. Note that if `T` is zero-sized this means you will
79     /// *not* get a `RawVec` with the requested capacity.
80     ///
81     /// # Panics
82     ///
83     /// Panics if the requested capacity exceeds `isize::MAX` bytes.
84     ///
85     /// # Aborts
86     ///
87     /// Aborts on OOM.
88     #[inline]
89     pub fn with_capacity(capacity: usize) -> Self {
90         Self::with_capacity_in(capacity, Global)
91     }
92
93     /// Like `with_capacity`, but guarantees the buffer is zeroed.
94     #[inline]
95     pub fn with_capacity_zeroed(capacity: usize) -> Self {
96         Self::with_capacity_zeroed_in(capacity, Global)
97     }
98
99     /// Reconstitutes a `RawVec` from a pointer and capacity.
100     ///
101     /// # Safety
102     ///
103     /// The `ptr` must be allocated (on the system heap), and with the given `capacity`.
104     /// The `capacity` cannot exceed `isize::MAX` for sized types. (only a concern on 32-bit
105     /// systems). ZST vectors may have a capacity up to `usize::MAX`.
106     /// If the `ptr` and `capacity` come from a `RawVec`, then this is guaranteed.
107     #[inline]
108     pub unsafe fn from_raw_parts(ptr: *mut T, capacity: usize) -> Self {
109         unsafe { Self::from_raw_parts_in(ptr, capacity, Global) }
110     }
111
112     /// Converts a `Box<[T]>` into a `RawVec<T>`.
113     pub fn from_box(slice: Box<[T]>) -> Self {
114         unsafe {
115             let mut slice = ManuallyDrop::new(slice);
116             RawVec::from_raw_parts(slice.as_mut_ptr(), slice.len())
117         }
118     }
119
120     /// Converts the entire buffer into `Box<[MaybeUninit<T>]>` with the specified `len`.
121     ///
122     /// Note that this will correctly reconstitute any `cap` changes
123     /// that may have been performed. (See description of type for details.)
124     ///
125     /// # Safety
126     ///
127     /// * `len` must be greater than or equal to the most recently requested capacity, and
128     /// * `len` must be less than or equal to `self.capacity()`.
129     ///
130     /// Note, that the requested capacity and `self.capacity()` could differ, as
131     /// an allocator could overallocate and return a greater memory block than requested.
132     pub unsafe fn into_box(self, len: usize) -> Box<[MaybeUninit<T>]> {
133         // Sanity-check one half of the safety requirement (we cannot check the other half).
134         debug_assert!(
135             len <= self.capacity(),
136             "`len` must be smaller than or equal to `self.capacity()`"
137         );
138
139         let me = ManuallyDrop::new(self);
140         unsafe {
141             let slice = slice::from_raw_parts_mut(me.ptr() as *mut MaybeUninit<T>, len);
142             Box::from_raw(slice)
143         }
144     }
145 }
146
147 impl<T, A: AllocRef> RawVec<T, A> {
148     /// Like `new`, but parameterized over the choice of allocator for
149     /// the returned `RawVec`.
150     pub const fn new_in(alloc: A) -> Self {
151         // `cap: 0` means "unallocated". zero-sized types are ignored.
152         Self { ptr: Unique::dangling(), cap: 0, alloc }
153     }
154
155     /// Like `with_capacity`, but parameterized over the choice of
156     /// allocator for the returned `RawVec`.
157     #[inline]
158     pub fn with_capacity_in(capacity: usize, alloc: A) -> Self {
159         Self::allocate_in(capacity, Uninitialized, alloc)
160     }
161
162     /// Like `with_capacity_zeroed`, but parameterized over the choice
163     /// of allocator for the returned `RawVec`.
164     #[inline]
165     pub fn with_capacity_zeroed_in(capacity: usize, alloc: A) -> Self {
166         Self::allocate_in(capacity, Zeroed, alloc)
167     }
168
169     fn allocate_in(capacity: usize, init: AllocInit, mut alloc: A) -> Self {
170         if mem::size_of::<T>() == 0 {
171             Self::new_in(alloc)
172         } else {
173             // We avoid `unwrap_or_else` here because it bloats the amount of
174             // LLVM IR generated.
175             let layout = match Layout::array::<T>(capacity) {
176                 Ok(layout) => layout,
177                 Err(_) => capacity_overflow(),
178             };
179             match alloc_guard(layout.size()) {
180                 Ok(_) => {}
181                 Err(_) => capacity_overflow(),
182             }
183             let memory = match alloc.alloc(layout, init) {
184                 Ok(memory) => memory,
185                 Err(_) => handle_alloc_error(layout),
186             };
187
188             Self {
189                 ptr: unsafe { Unique::new_unchecked(memory.ptr.cast().as_ptr()) },
190                 cap: Self::capacity_from_bytes(memory.size),
191                 alloc,
192             }
193         }
194     }
195
196     /// Reconstitutes a `RawVec` from a pointer, capacity, and allocator.
197     ///
198     /// # Safety
199     ///
200     /// The `ptr` must be allocated (via the given allocator `a`), and with the given `capacity`.
201     /// The `capacity` cannot exceed `isize::MAX` for sized types. (only a concern on 32-bit
202     /// systems). ZST vectors may have a capacity up to `usize::MAX`.
203     /// If the `ptr` and `capacity` come from a `RawVec` created via `a`, then this is guaranteed.
204     #[inline]
205     pub unsafe fn from_raw_parts_in(ptr: *mut T, capacity: usize, a: A) -> Self {
206         Self { ptr: unsafe { Unique::new_unchecked(ptr) }, cap: capacity, alloc: a }
207     }
208
209     /// Gets a raw pointer to the start of the allocation. Note that this is
210     /// `Unique::dangling()` if `capacity == 0` or `T` is zero-sized. In the former case, you must
211     /// be careful.
212     pub fn ptr(&self) -> *mut T {
213         self.ptr.as_ptr()
214     }
215
216     /// Gets the capacity of the allocation.
217     ///
218     /// This will always be `usize::MAX` if `T` is zero-sized.
219     #[inline(always)]
220     pub fn capacity(&self) -> usize {
221         if mem::size_of::<T>() == 0 { usize::MAX } else { self.cap }
222     }
223
224     /// Returns a shared reference to the allocator backing this `RawVec`.
225     pub fn alloc(&self) -> &A {
226         &self.alloc
227     }
228
229     /// Returns a mutable reference to the allocator backing this `RawVec`.
230     pub fn alloc_mut(&mut self) -> &mut A {
231         &mut self.alloc
232     }
233
234     fn current_memory(&self) -> Option<(NonNull<u8>, Layout)> {
235         if mem::size_of::<T>() == 0 || self.cap == 0 {
236             None
237         } else {
238             // We have an allocated chunk of memory, so we can bypass runtime
239             // checks to get our current layout.
240             unsafe {
241                 let align = mem::align_of::<T>();
242                 let size = mem::size_of::<T>() * self.cap;
243                 let layout = Layout::from_size_align_unchecked(size, align);
244                 Some((self.ptr.cast().into(), layout))
245             }
246         }
247     }
248
249     /// Ensures that the buffer contains at least enough space to hold `len +
250     /// additional` elements. If it doesn't already have enough capacity, will
251     /// reallocate enough space plus comfortable slack space to get amortized
252     /// `O(1)` behavior. Will limit this behavior if it would needlessly cause
253     /// itself to panic.
254     ///
255     /// If `len` exceeds `self.capacity()`, this may fail to actually allocate
256     /// the requested space. This is not really unsafe, but the unsafe
257     /// code *you* write that relies on the behavior of this function may break.
258     ///
259     /// This is ideal for implementing a bulk-push operation like `extend`.
260     ///
261     /// # Panics
262     ///
263     /// Panics if the new capacity exceeds `isize::MAX` bytes.
264     ///
265     /// # Aborts
266     ///
267     /// Aborts on OOM.
268     ///
269     /// # Examples
270     ///
271     /// ```
272     /// # #![feature(raw_vec_internals)]
273     /// # extern crate alloc;
274     /// # use std::ptr;
275     /// # use alloc::raw_vec::RawVec;
276     /// struct MyVec<T> {
277     ///     buf: RawVec<T>,
278     ///     len: usize,
279     /// }
280     ///
281     /// impl<T: Clone> MyVec<T> {
282     ///     pub fn push_all(&mut self, elems: &[T]) {
283     ///         self.buf.reserve(self.len, elems.len());
284     ///         // reserve would have aborted or panicked if the len exceeded
285     ///         // `isize::MAX` so this is safe to do unchecked now.
286     ///         for x in elems {
287     ///             unsafe {
288     ///                 ptr::write(self.buf.ptr().add(self.len), x.clone());
289     ///             }
290     ///             self.len += 1;
291     ///         }
292     ///     }
293     /// }
294     /// # fn main() {
295     /// #   let mut vector = MyVec { buf: RawVec::new(), len: 0 };
296     /// #   vector.push_all(&[1, 3, 5, 7, 9]);
297     /// # }
298     /// ```
299     pub fn reserve(&mut self, len: usize, additional: usize) {
300         match self.try_reserve(len, additional) {
301             Err(CapacityOverflow) => capacity_overflow(),
302             Err(AllocError { layout, .. }) => handle_alloc_error(layout),
303             Ok(()) => { /* yay */ }
304         }
305     }
306
307     /// The same as `reserve`, but returns on errors instead of panicking or aborting.
308     pub fn try_reserve(&mut self, len: usize, additional: usize) -> Result<(), TryReserveError> {
309         if self.needs_to_grow(len, additional) {
310             self.grow_amortized(len, additional)
311         } else {
312             Ok(())
313         }
314     }
315
316     /// Ensures that the buffer contains at least enough space to hold `len +
317     /// additional` elements. If it doesn't already, will reallocate the
318     /// minimum possible amount of memory necessary. Generally this will be
319     /// exactly the amount of memory necessary, but in principle the allocator
320     /// is free to give back more than we asked for.
321     ///
322     /// If `len` exceeds `self.capacity()`, this may fail to actually allocate
323     /// the requested space. This is not really unsafe, but the unsafe code
324     /// *you* write that relies on the behavior of this function may break.
325     ///
326     /// # Panics
327     ///
328     /// Panics if the new capacity exceeds `isize::MAX` bytes.
329     ///
330     /// # Aborts
331     ///
332     /// Aborts on OOM.
333     pub fn reserve_exact(&mut self, len: usize, additional: usize) {
334         match self.try_reserve_exact(len, additional) {
335             Err(CapacityOverflow) => capacity_overflow(),
336             Err(AllocError { layout, .. }) => handle_alloc_error(layout),
337             Ok(()) => { /* yay */ }
338         }
339     }
340
341     /// The same as `reserve_exact`, but returns on errors instead of panicking or aborting.
342     pub fn try_reserve_exact(
343         &mut self,
344         len: usize,
345         additional: usize,
346     ) -> Result<(), TryReserveError> {
347         if self.needs_to_grow(len, additional) { self.grow_exact(len, additional) } else { Ok(()) }
348     }
349
350     /// Shrinks the allocation down to the specified amount. If the given amount
351     /// is 0, actually completely deallocates.
352     ///
353     /// # Panics
354     ///
355     /// Panics if the given amount is *larger* than the current capacity.
356     ///
357     /// # Aborts
358     ///
359     /// Aborts on OOM.
360     pub fn shrink_to_fit(&mut self, amount: usize) {
361         match self.shrink(amount, MayMove) {
362             Err(CapacityOverflow) => capacity_overflow(),
363             Err(AllocError { layout, .. }) => handle_alloc_error(layout),
364             Ok(()) => { /* yay */ }
365         }
366     }
367 }
368
369 impl<T, A: AllocRef> RawVec<T, A> {
370     /// Returns if the buffer needs to grow to fulfill the needed extra capacity.
371     /// Mainly used to make inlining reserve-calls possible without inlining `grow`.
372     fn needs_to_grow(&self, len: usize, additional: usize) -> bool {
373         additional > self.capacity().wrapping_sub(len)
374     }
375
376     fn capacity_from_bytes(excess: usize) -> usize {
377         debug_assert_ne!(mem::size_of::<T>(), 0);
378         excess / mem::size_of::<T>()
379     }
380
381     fn set_memory(&mut self, memory: MemoryBlock) {
382         self.ptr = unsafe { Unique::new_unchecked(memory.ptr.cast().as_ptr()) };
383         self.cap = Self::capacity_from_bytes(memory.size);
384     }
385
386     // This method is usually instantiated many times. So we want it to be as
387     // small as possible, to improve compile times. But we also want as much of
388     // its contents to be statically computable as possible, to make the
389     // generated code run faster. Therefore, this method is carefully written
390     // so that all of the code that depends on `T` is within it, while as much
391     // of the code that doesn't depend on `T` as possible is in functions that
392     // are non-generic over `T`.
393     fn grow_amortized(&mut self, len: usize, additional: usize) -> Result<(), TryReserveError> {
394         // This is ensured by the calling contexts.
395         debug_assert!(additional > 0);
396
397         if mem::size_of::<T>() == 0 {
398             // Since we return a capacity of `usize::MAX` when `elem_size` is
399             // 0, getting to here necessarily means the `RawVec` is overfull.
400             return Err(CapacityOverflow);
401         }
402
403         // Nothing we can really do about these checks, sadly.
404         let required_cap = len.checked_add(additional).ok_or(CapacityOverflow)?;
405
406         // This guarantees exponential growth. The doubling cannot overflow
407         // because `cap <= isize::MAX` and the type of `cap` is `usize`.
408         let cap = cmp::max(self.cap * 2, required_cap);
409
410         // Tiny Vecs are dumb. Skip to:
411         // - 8 if the element size is 1, because any heap allocators is likely
412         //   to round up a request of less than 8 bytes to at least 8 bytes.
413         // - 4 if elements are moderate-sized (<= 1 KiB).
414         // - 1 otherwise, to avoid wasting too much space for very short Vecs.
415         // Note that `min_non_zero_cap` is computed statically.
416         let elem_size = mem::size_of::<T>();
417         let min_non_zero_cap = if elem_size == 1 {
418             8
419         } else if elem_size <= 1024 {
420             4
421         } else {
422             1
423         };
424         let cap = cmp::max(min_non_zero_cap, cap);
425
426         let new_layout = Layout::array::<T>(cap);
427
428         // `finish_grow` is non-generic over `T`.
429         let memory = finish_grow(new_layout, self.current_memory(), &mut self.alloc)?;
430         self.set_memory(memory);
431         Ok(())
432     }
433
434     // The constraints on this method are much the same as those on
435     // `grow_amortized`, but this method is usually instantiated less often so
436     // it's less critical.
437     fn grow_exact(&mut self, len: usize, additional: usize) -> Result<(), TryReserveError> {
438         if mem::size_of::<T>() == 0 {
439             // Since we return a capacity of `usize::MAX` when the type size is
440             // 0, getting to here necessarily means the `RawVec` is overfull.
441             return Err(CapacityOverflow);
442         }
443
444         let cap = len.checked_add(additional).ok_or(CapacityOverflow)?;
445         let new_layout = Layout::array::<T>(cap);
446
447         // `finish_grow` is non-generic over `T`.
448         let memory = finish_grow(new_layout, self.current_memory(), &mut self.alloc)?;
449         self.set_memory(memory);
450         Ok(())
451     }
452
453     fn shrink(
454         &mut self,
455         amount: usize,
456         placement: ReallocPlacement,
457     ) -> Result<(), TryReserveError> {
458         assert!(amount <= self.capacity(), "Tried to shrink to a larger capacity");
459
460         let (ptr, layout) = if let Some(mem) = self.current_memory() { mem } else { return Ok(()) };
461         let new_size = amount * mem::size_of::<T>();
462
463         let memory = unsafe {
464             self.alloc.shrink(ptr, layout, new_size, placement).map_err(|_| {
465                 TryReserveError::AllocError {
466                     layout: Layout::from_size_align_unchecked(new_size, layout.align()),
467                     non_exhaustive: (),
468                 }
469             })?
470         };
471         self.set_memory(memory);
472         Ok(())
473     }
474 }
475
476 // This function is outside `RawVec` to minimize compile times. See the comment
477 // above `RawVec::grow_amortized` for details. (The `A` parameter isn't
478 // significant, because the number of different `A` types seen in practice is
479 // much smaller than the number of `T` types.)
480 fn finish_grow<A>(
481     new_layout: Result<Layout, LayoutErr>,
482     current_memory: Option<(NonNull<u8>, Layout)>,
483     alloc: &mut A,
484 ) -> Result<MemoryBlock, TryReserveError>
485 where
486     A: AllocRef,
487 {
488     // Check for the error here to minimize the size of `RawVec::grow_*`.
489     let new_layout = new_layout.map_err(|_| CapacityOverflow)?;
490
491     alloc_guard(new_layout.size())?;
492
493     let memory = if let Some((ptr, old_layout)) = current_memory {
494         debug_assert_eq!(old_layout.align(), new_layout.align());
495         unsafe { alloc.grow(ptr, old_layout, new_layout.size(), MayMove, Uninitialized) }
496     } else {
497         alloc.alloc(new_layout, Uninitialized)
498     }
499     .map_err(|_| AllocError { layout: new_layout, non_exhaustive: () })?;
500
501     Ok(memory)
502 }
503
504 unsafe impl<#[may_dangle] T, A: AllocRef> Drop for RawVec<T, A> {
505     /// Frees the memory owned by the `RawVec` *without* trying to drop its contents.
506     fn drop(&mut self) {
507         if let Some((ptr, layout)) = self.current_memory() {
508             unsafe { self.alloc.dealloc(ptr, layout) }
509         }
510     }
511 }
512
513 // We need to guarantee the following:
514 // * We don't ever allocate `> isize::MAX` byte-size objects.
515 // * We don't overflow `usize::MAX` and actually allocate too little.
516 //
517 // On 64-bit we just need to check for overflow since trying to allocate
518 // `> isize::MAX` bytes will surely fail. On 32-bit and 16-bit we need to add
519 // an extra guard for this in case we're running on a platform which can use
520 // all 4GB in user-space, e.g., PAE or x32.
521
522 #[inline]
523 fn alloc_guard(alloc_size: usize) -> Result<(), TryReserveError> {
524     if mem::size_of::<usize>() < 8 && alloc_size > isize::MAX as usize {
525         Err(CapacityOverflow)
526     } else {
527         Ok(())
528     }
529 }
530
531 // One central function responsible for reporting capacity overflows. This'll
532 // ensure that the code generation related to these panics is minimal as there's
533 // only one location which panics rather than a bunch throughout the module.
534 fn capacity_overflow() -> ! {
535     panic!("capacity overflow");
536 }