]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/liballoc/slice.rs
Rollup merge of #58778 - xfix:exact_size_case_mapping_iter, r=SimonSapin
[rust.git] / src / liballoc / slice.rs
1 //! A dynamically-sized view into a contiguous sequence, `[T]`.
2 //!
3 //! *[See also the slice primitive type](../../std/primitive.slice.html).*
4 //!
5 //! Slices are a view into a block of memory represented as a pointer and a
6 //! length.
7 //!
8 //! ```
9 //! // slicing a Vec
10 //! let vec = vec![1, 2, 3];
11 //! let int_slice = &vec[..];
12 //! // coercing an array to a slice
13 //! let str_slice: &[&str] = &["one", "two", "three"];
14 //! ```
15 //!
16 //! Slices are either mutable or shared. The shared slice type is `&[T]`,
17 //! while the mutable slice type is `&mut [T]`, where `T` represents the element
18 //! type. For example, you can mutate the block of memory that a mutable slice
19 //! points to:
20 //!
21 //! ```
22 //! let x = &mut [1, 2, 3];
23 //! x[1] = 7;
24 //! assert_eq!(x, &[1, 7, 3]);
25 //! ```
26 //!
27 //! Here are some of the things this module contains:
28 //!
29 //! ## Structs
30 //!
31 //! There are several structs that are useful for slices, such as [`Iter`], which
32 //! represents iteration over a slice.
33 //!
34 //! ## Trait Implementations
35 //!
36 //! There are several implementations of common traits for slices. Some examples
37 //! include:
38 //!
39 //! * [`Clone`]
40 //! * [`Eq`], [`Ord`] - for slices whose element type are [`Eq`] or [`Ord`].
41 //! * [`Hash`] - for slices whose element type is [`Hash`].
42 //!
43 //! ## Iteration
44 //!
45 //! The slices implement `IntoIterator`. The iterator yields references to the
46 //! slice elements.
47 //!
48 //! ```
49 //! let numbers = &[0, 1, 2];
50 //! for n in numbers {
51 //!     println!("{} is a number!", n);
52 //! }
53 //! ```
54 //!
55 //! The mutable slice yields mutable references to the elements:
56 //!
57 //! ```
58 //! let mut scores = [7, 8, 9];
59 //! for score in &mut scores[..] {
60 //!     *score += 1;
61 //! }
62 //! ```
63 //!
64 //! This iterator yields mutable references to the slice's elements, so while
65 //! the element type of the slice is `i32`, the element type of the iterator is
66 //! `&mut i32`.
67 //!
68 //! * [`.iter`] and [`.iter_mut`] are the explicit methods to return the default
69 //!   iterators.
70 //! * Further methods that return iterators are [`.split`], [`.splitn`],
71 //!   [`.chunks`], [`.windows`] and more.
72 //!
73 //! [`Clone`]: ../../std/clone/trait.Clone.html
74 //! [`Eq`]: ../../std/cmp/trait.Eq.html
75 //! [`Ord`]: ../../std/cmp/trait.Ord.html
76 //! [`Iter`]: struct.Iter.html
77 //! [`Hash`]: ../../std/hash/trait.Hash.html
78 //! [`.iter`]: ../../std/primitive.slice.html#method.iter
79 //! [`.iter_mut`]: ../../std/primitive.slice.html#method.iter_mut
80 //! [`.split`]: ../../std/primitive.slice.html#method.split
81 //! [`.splitn`]: ../../std/primitive.slice.html#method.splitn
82 //! [`.chunks`]: ../../std/primitive.slice.html#method.chunks
83 //! [`.windows`]: ../../std/primitive.slice.html#method.windows
84 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
85
86 // Many of the usings in this module are only used in the test configuration.
87 // It's cleaner to just turn off the unused_imports warning than to fix them.
88 #![cfg_attr(test, allow(unused_imports, dead_code))]
89
90 use core::borrow::{Borrow, BorrowMut};
91 use core::cmp::Ordering::{self, Less};
92 use core::mem::{self, size_of};
93 use core::ptr;
94 use core::{u8, u16, u32};
95
96 use crate::borrow::ToOwned;
97 use crate::boxed::Box;
98 use crate::vec::Vec;
99
100 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
101 pub use core::slice::{Chunks, Windows};
102 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
103 pub use core::slice::{Iter, IterMut};
104 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
105 pub use core::slice::{SplitMut, ChunksMut, Split};
106 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
107 pub use core::slice::{SplitN, RSplitN, SplitNMut, RSplitNMut};
108 #[stable(feature = "slice_rsplit", since = "1.27.0")]
109 pub use core::slice::{RSplit, RSplitMut};
110 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
111 pub use core::slice::{from_raw_parts, from_raw_parts_mut};
112 #[stable(feature = "from_ref", since = "1.28.0")]
113 pub use core::slice::{from_ref, from_mut};
114 #[stable(feature = "slice_get_slice", since = "1.28.0")]
115 pub use core::slice::SliceIndex;
116 #[stable(feature = "chunks_exact", since = "1.31.0")]
117 pub use core::slice::{ChunksExact, ChunksExactMut};
118 #[stable(feature = "rchunks", since = "1.31.0")]
119 pub use core::slice::{RChunks, RChunksMut, RChunksExact, RChunksExactMut};
120
121 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
122 // Basic slice extension methods
123 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
124
125 // HACK(japaric) needed for the implementation of `vec!` macro during testing
126 // NB see the hack module in this file for more details
127 #[cfg(test)]
128 pub use hack::into_vec;
129
130 // HACK(japaric) needed for the implementation of `Vec::clone` during testing
131 // NB see the hack module in this file for more details
132 #[cfg(test)]
133 pub use hack::to_vec;
134
135 // HACK(japaric): With cfg(test) `impl [T]` is not available, these three
136 // functions are actually methods that are in `impl [T]` but not in
137 // `core::slice::SliceExt` - we need to supply these functions for the
138 // `test_permutations` test
139 mod hack {
140     use core::mem;
141
142     use crate::boxed::Box;
143     use crate::vec::Vec;
144     #[cfg(test)]
145     use crate::string::ToString;
146
147     pub fn into_vec<T>(mut b: Box<[T]>) -> Vec<T> {
148         unsafe {
149             let xs = Vec::from_raw_parts(b.as_mut_ptr(), b.len(), b.len());
150             mem::forget(b);
151             xs
152         }
153     }
154
155     #[inline]
156     pub fn to_vec<T>(s: &[T]) -> Vec<T>
157         where T: Clone
158     {
159         let mut vector = Vec::with_capacity(s.len());
160         vector.extend_from_slice(s);
161         vector
162     }
163 }
164
165 #[lang = "slice_alloc"]
166 #[cfg(not(test))]
167 impl<T> [T] {
168     /// Sorts the slice.
169     ///
170     /// This sort is stable (i.e., does not reorder equal elements) and `O(n log n)` worst-case.
171     ///
172     /// When applicable, unstable sorting is preferred because it is generally faster than stable
173     /// sorting and it doesn't allocate auxiliary memory.
174     /// See [`sort_unstable`](#method.sort_unstable).
175     ///
176     /// # Current implementation
177     ///
178     /// The current algorithm is an adaptive, iterative merge sort inspired by
179     /// [timsort](https://en.wikipedia.org/wiki/Timsort).
180     /// It is designed to be very fast in cases where the slice is nearly sorted, or consists of
181     /// two or more sorted sequences concatenated one after another.
182     ///
183     /// Also, it allocates temporary storage half the size of `self`, but for short slices a
184     /// non-allocating insertion sort is used instead.
185     ///
186     /// # Examples
187     ///
188     /// ```
189     /// let mut v = [-5, 4, 1, -3, 2];
190     ///
191     /// v.sort();
192     /// assert!(v == [-5, -3, 1, 2, 4]);
193     /// ```
194     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
195     #[inline]
196     pub fn sort(&mut self)
197         where T: Ord
198     {
199         merge_sort(self, |a, b| a.lt(b));
200     }
201
202     /// Sorts the slice with a comparator function.
203     ///
204     /// This sort is stable (i.e., does not reorder equal elements) and `O(n log n)` worst-case.
205     ///
206     /// The comparator function must define a total ordering for the elements in the slice. If
207     /// the ordering is not total, the order of the elements is unspecified. An order is a
208     /// total order if it is (for all `a`, `b` and `c`):
209     ///
210     /// * total and antisymmetric: exactly one of `a < b`, `a == b` or `a > b` is true, and
211     /// * transitive, `a < b` and `b < c` implies `a < c`. The same must hold for both `==` and `>`.
212     ///
213     /// For example, while [`f64`] doesn't implement [`Ord`] because `NaN != NaN`, we can use
214     /// `partial_cmp` as our sort function when we know the slice doesn't contain a `NaN`.
215     ///
216     /// ```
217     /// let mut floats = [5f64, 4.0, 1.0, 3.0, 2.0];
218     /// floats.sort_by(|a, b| a.partial_cmp(b).unwrap());
219     /// assert_eq!(floats, [1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0]);
220     /// ```
221     ///
222     /// When applicable, unstable sorting is preferred because it is generally faster than stable
223     /// sorting and it doesn't allocate auxiliary memory.
224     /// See [`sort_unstable_by`](#method.sort_unstable_by).
225     ///
226     /// # Current implementation
227     ///
228     /// The current algorithm is an adaptive, iterative merge sort inspired by
229     /// [timsort](https://en.wikipedia.org/wiki/Timsort).
230     /// It is designed to be very fast in cases where the slice is nearly sorted, or consists of
231     /// two or more sorted sequences concatenated one after another.
232     ///
233     /// Also, it allocates temporary storage half the size of `self`, but for short slices a
234     /// non-allocating insertion sort is used instead.
235     ///
236     /// # Examples
237     ///
238     /// ```
239     /// let mut v = [5, 4, 1, 3, 2];
240     /// v.sort_by(|a, b| a.cmp(b));
241     /// assert!(v == [1, 2, 3, 4, 5]);
242     ///
243     /// // reverse sorting
244     /// v.sort_by(|a, b| b.cmp(a));
245     /// assert!(v == [5, 4, 3, 2, 1]);
246     /// ```
247     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
248     #[inline]
249     pub fn sort_by<F>(&mut self, mut compare: F)
250         where F: FnMut(&T, &T) -> Ordering
251     {
252         merge_sort(self, |a, b| compare(a, b) == Less);
253     }
254
255     /// Sorts the slice with a key extraction function.
256     ///
257     /// This sort is stable (i.e., does not reorder equal elements) and `O(m n log(m n))`
258     /// worst-case, where the key function is `O(m)`.
259     ///
260     /// For expensive key functions (e.g. functions that are not simple property accesses or
261     /// basic operations), [`sort_by_cached_key`](#method.sort_by_cached_key) is likely to be
262     /// significantly faster, as it does not recompute element keys.
263     ///
264     /// When applicable, unstable sorting is preferred because it is generally faster than stable
265     /// sorting and it doesn't allocate auxiliary memory.
266     /// See [`sort_unstable_by_key`](#method.sort_unstable_by_key).
267     ///
268     /// # Current implementation
269     ///
270     /// The current algorithm is an adaptive, iterative merge sort inspired by
271     /// [timsort](https://en.wikipedia.org/wiki/Timsort).
272     /// It is designed to be very fast in cases where the slice is nearly sorted, or consists of
273     /// two or more sorted sequences concatenated one after another.
274     ///
275     /// Also, it allocates temporary storage half the size of `self`, but for short slices a
276     /// non-allocating insertion sort is used instead.
277     ///
278     /// # Examples
279     ///
280     /// ```
281     /// let mut v = [-5i32, 4, 1, -3, 2];
282     ///
283     /// v.sort_by_key(|k| k.abs());
284     /// assert!(v == [1, 2, -3, 4, -5]);
285     /// ```
286     #[stable(feature = "slice_sort_by_key", since = "1.7.0")]
287     #[inline]
288     pub fn sort_by_key<K, F>(&mut self, mut f: F)
289         where F: FnMut(&T) -> K, K: Ord
290     {
291         merge_sort(self, |a, b| f(a).lt(&f(b)));
292     }
293
294     /// Sorts the slice with a key extraction function.
295     ///
296     /// During sorting, the key function is called only once per element.
297     ///
298     /// This sort is stable (i.e., does not reorder equal elements) and `O(m n + n log n)`
299     /// worst-case, where the key function is `O(m)`.
300     ///
301     /// For simple key functions (e.g., functions that are property accesses or
302     /// basic operations), [`sort_by_key`](#method.sort_by_key) is likely to be
303     /// faster.
304     ///
305     /// # Current implementation
306     ///
307     /// The current algorithm is based on [pattern-defeating quicksort][pdqsort] by Orson Peters,
308     /// which combines the fast average case of randomized quicksort with the fast worst case of
309     /// heapsort, while achieving linear time on slices with certain patterns. It uses some
310     /// randomization to avoid degenerate cases, but with a fixed seed to always provide
311     /// deterministic behavior.
312     ///
313     /// In the worst case, the algorithm allocates temporary storage in a `Vec<(K, usize)>` the
314     /// length of the slice.
315     ///
316     /// # Examples
317     ///
318     /// ```
319     /// let mut v = [-5i32, 4, 32, -3, 2];
320     ///
321     /// v.sort_by_cached_key(|k| k.to_string());
322     /// assert!(v == [-3, -5, 2, 32, 4]);
323     /// ```
324     ///
325     /// [pdqsort]: https://github.com/orlp/pdqsort
326     #[stable(feature = "slice_sort_by_cached_key", since = "1.34.0")]
327     #[inline]
328     pub fn sort_by_cached_key<K, F>(&mut self, f: F)
329         where F: FnMut(&T) -> K, K: Ord
330     {
331         // Helper macro for indexing our vector by the smallest possible type, to reduce allocation.
332         macro_rules! sort_by_key {
333             ($t:ty, $slice:ident, $f:ident) => ({
334                 let mut indices: Vec<_> =
335                     $slice.iter().map($f).enumerate().map(|(i, k)| (k, i as $t)).collect();
336                 // The elements of `indices` are unique, as they are indexed, so any sort will be
337                 // stable with respect to the original slice. We use `sort_unstable` here because
338                 // it requires less memory allocation.
339                 indices.sort_unstable();
340                 for i in 0..$slice.len() {
341                     let mut index = indices[i].1;
342                     while (index as usize) < i {
343                         index = indices[index as usize].1;
344                     }
345                     indices[i].1 = index;
346                     $slice.swap(i, index as usize);
347                 }
348             })
349         }
350
351         let sz_u8    = mem::size_of::<(K, u8)>();
352         let sz_u16   = mem::size_of::<(K, u16)>();
353         let sz_u32   = mem::size_of::<(K, u32)>();
354         let sz_usize = mem::size_of::<(K, usize)>();
355
356         let len = self.len();
357         if len < 2 { return }
358         if sz_u8  < sz_u16   && len <= ( u8::MAX as usize) { return sort_by_key!( u8, self, f) }
359         if sz_u16 < sz_u32   && len <= (u16::MAX as usize) { return sort_by_key!(u16, self, f) }
360         if sz_u32 < sz_usize && len <= (u32::MAX as usize) { return sort_by_key!(u32, self, f) }
361         sort_by_key!(usize, self, f)
362     }
363
364     /// Copies `self` into a new `Vec`.
365     ///
366     /// # Examples
367     ///
368     /// ```
369     /// let s = [10, 40, 30];
370     /// let x = s.to_vec();
371     /// // Here, `s` and `x` can be modified independently.
372     /// ```
373     #[rustc_conversion_suggestion]
374     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
375     #[inline]
376     pub fn to_vec(&self) -> Vec<T>
377         where T: Clone
378     {
379         // NB see hack module in this file
380         hack::to_vec(self)
381     }
382
383     /// Converts `self` into a vector without clones or allocation.
384     ///
385     /// The resulting vector can be converted back into a box via
386     /// `Vec<T>`'s `into_boxed_slice` method.
387     ///
388     /// # Examples
389     ///
390     /// ```
391     /// let s: Box<[i32]> = Box::new([10, 40, 30]);
392     /// let x = s.into_vec();
393     /// // `s` cannot be used anymore because it has been converted into `x`.
394     ///
395     /// assert_eq!(x, vec![10, 40, 30]);
396     /// ```
397     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
398     #[inline]
399     pub fn into_vec(self: Box<Self>) -> Vec<T> {
400         // NB see hack module in this file
401         hack::into_vec(self)
402     }
403
404     /// Creates a vector by repeating a slice `n` times.
405     ///
406     /// # Panics
407     ///
408     /// This function will panic if the capacity would overflow.
409     ///
410     /// # Examples
411     ///
412     /// Basic usage:
413     ///
414     /// ```
415     /// #![feature(repeat_generic_slice)]
416     ///
417     /// fn main() {
418     ///     assert_eq!([1, 2].repeat(3), vec![1, 2, 1, 2, 1, 2]);
419     /// }
420     /// ```
421     ///
422     /// A panic upon overflow:
423     ///
424     /// ```should_panic
425     /// #![feature(repeat_generic_slice)]
426     /// fn main() {
427     ///     // this will panic at runtime
428     ///     b"0123456789abcdef".repeat(usize::max_value());
429     /// }
430     /// ```
431     #[unstable(feature = "repeat_generic_slice",
432                reason = "it's on str, why not on slice?",
433                issue = "48784")]
434     pub fn repeat(&self, n: usize) -> Vec<T> where T: Copy {
435         if n == 0 {
436             return Vec::new();
437         }
438
439         // If `n` is larger than zero, it can be split as
440         // `n = 2^expn + rem (2^expn > rem, expn >= 0, rem >= 0)`.
441         // `2^expn` is the number represented by the leftmost '1' bit of `n`,
442         // and `rem` is the remaining part of `n`.
443
444         // Using `Vec` to access `set_len()`.
445         let mut buf = Vec::with_capacity(self.len().checked_mul(n).expect("capacity overflow"));
446
447         // `2^expn` repetition is done by doubling `buf` `expn`-times.
448         buf.extend(self);
449         {
450             let mut m = n >> 1;
451             // If `m > 0`, there are remaining bits up to the leftmost '1'.
452             while m > 0 {
453                 // `buf.extend(buf)`:
454                 unsafe {
455                     ptr::copy_nonoverlapping(
456                         buf.as_ptr(),
457                         (buf.as_mut_ptr() as *mut T).add(buf.len()),
458                         buf.len(),
459                     );
460                     // `buf` has capacity of `self.len() * n`.
461                     let buf_len = buf.len();
462                     buf.set_len(buf_len * 2);
463                 }
464
465                 m >>= 1;
466             }
467         }
468
469         // `rem` (`= n - 2^expn`) repetition is done by copying
470         // first `rem` repetitions from `buf` itself.
471         let rem_len = self.len() * n - buf.len(); // `self.len() * rem`
472         if rem_len > 0 {
473             // `buf.extend(buf[0 .. rem_len])`:
474             unsafe {
475                 // This is non-overlapping since `2^expn > rem`.
476                 ptr::copy_nonoverlapping(
477                     buf.as_ptr(),
478                     (buf.as_mut_ptr() as *mut T).add(buf.len()),
479                     rem_len,
480                 );
481                 // `buf.len() + rem_len` equals to `buf.capacity()` (`= self.len() * n`).
482                 let buf_cap = buf.capacity();
483                 buf.set_len(buf_cap);
484             }
485         }
486         buf
487     }
488 }
489
490 #[lang = "slice_u8_alloc"]
491 #[cfg(not(test))]
492 impl [u8] {
493     /// Returns a vector containing a copy of this slice where each byte
494     /// is mapped to its ASCII upper case equivalent.
495     ///
496     /// ASCII letters 'a' to 'z' are mapped to 'A' to 'Z',
497     /// but non-ASCII letters are unchanged.
498     ///
499     /// To uppercase the value in-place, use [`make_ascii_uppercase`].
500     ///
501     /// [`make_ascii_uppercase`]: #method.make_ascii_uppercase
502     #[stable(feature = "ascii_methods_on_intrinsics", since = "1.23.0")]
503     #[inline]
504     pub fn to_ascii_uppercase(&self) -> Vec<u8> {
505         let mut me = self.to_vec();
506         me.make_ascii_uppercase();
507         me
508     }
509
510     /// Returns a vector containing a copy of this slice where each byte
511     /// is mapped to its ASCII lower case equivalent.
512     ///
513     /// ASCII letters 'A' to 'Z' are mapped to 'a' to 'z',
514     /// but non-ASCII letters are unchanged.
515     ///
516     /// To lowercase the value in-place, use [`make_ascii_lowercase`].
517     ///
518     /// [`make_ascii_lowercase`]: #method.make_ascii_lowercase
519     #[stable(feature = "ascii_methods_on_intrinsics", since = "1.23.0")]
520     #[inline]
521     pub fn to_ascii_lowercase(&self) -> Vec<u8> {
522         let mut me = self.to_vec();
523         me.make_ascii_lowercase();
524         me
525     }
526 }
527
528 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
529 // Extension traits for slices over specific kinds of data
530 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
531 #[unstable(feature = "slice_concat_ext",
532            reason = "trait should not have to exist",
533            issue = "27747")]
534 /// An extension trait for concatenating slices
535 ///
536 /// While this trait is unstable, the methods are stable. `SliceConcatExt` is
537 /// included in the [standard library prelude], so you can use [`join()`] and
538 /// [`concat()`] as if they existed on `[T]` itself.
539 ///
540 /// [standard library prelude]: ../../std/prelude/index.html
541 /// [`join()`]: #tymethod.join
542 /// [`concat()`]: #tymethod.concat
543 pub trait SliceConcatExt<T: ?Sized> {
544     #[unstable(feature = "slice_concat_ext",
545                reason = "trait should not have to exist",
546                issue = "27747")]
547     /// The resulting type after concatenation
548     type Output;
549
550     /// Flattens a slice of `T` into a single value `Self::Output`.
551     ///
552     /// # Examples
553     ///
554     /// ```
555     /// assert_eq!(["hello", "world"].concat(), "helloworld");
556     /// assert_eq!([[1, 2], [3, 4]].concat(), [1, 2, 3, 4]);
557     /// ```
558     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
559     fn concat(&self) -> Self::Output;
560
561     /// Flattens a slice of `T` into a single value `Self::Output`, placing a
562     /// given separator between each.
563     ///
564     /// # Examples
565     ///
566     /// ```
567     /// assert_eq!(["hello", "world"].join(" "), "hello world");
568     /// assert_eq!([[1, 2], [3, 4]].join(&0), [1, 2, 0, 3, 4]);
569     /// ```
570     #[stable(feature = "rename_connect_to_join", since = "1.3.0")]
571     fn join(&self, sep: &T) -> Self::Output;
572
573     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
574     #[rustc_deprecated(since = "1.3.0", reason = "renamed to join")]
575     fn connect(&self, sep: &T) -> Self::Output;
576 }
577
578 #[unstable(feature = "slice_concat_ext",
579            reason = "trait should not have to exist",
580            issue = "27747")]
581 impl<T: Clone, V: Borrow<[T]>> SliceConcatExt<T> for [V] {
582     type Output = Vec<T>;
583
584     fn concat(&self) -> Vec<T> {
585         let size = self.iter().map(|slice| slice.borrow().len()).sum();
586         let mut result = Vec::with_capacity(size);
587         for v in self {
588             result.extend_from_slice(v.borrow())
589         }
590         result
591     }
592
593     fn join(&self, sep: &T) -> Vec<T> {
594         let mut iter = self.iter();
595         let first = match iter.next() {
596             Some(first) => first,
597             None => return vec![],
598         };
599         let size = self.iter().map(|slice| slice.borrow().len()).sum::<usize>() + self.len() - 1;
600         let mut result = Vec::with_capacity(size);
601         result.extend_from_slice(first.borrow());
602
603         for v in iter {
604             result.push(sep.clone());
605             result.extend_from_slice(v.borrow())
606         }
607         result
608     }
609
610     fn connect(&self, sep: &T) -> Vec<T> {
611         self.join(sep)
612     }
613 }
614
615 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
616 // Standard trait implementations for slices
617 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
618
619 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
620 impl<T> Borrow<[T]> for Vec<T> {
621     fn borrow(&self) -> &[T] {
622         &self[..]
623     }
624 }
625
626 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
627 impl<T> BorrowMut<[T]> for Vec<T> {
628     fn borrow_mut(&mut self) -> &mut [T] {
629         &mut self[..]
630     }
631 }
632
633 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
634 impl<T: Clone> ToOwned for [T] {
635     type Owned = Vec<T>;
636     #[cfg(not(test))]
637     fn to_owned(&self) -> Vec<T> {
638         self.to_vec()
639     }
640
641     #[cfg(test)]
642     fn to_owned(&self) -> Vec<T> {
643         hack::to_vec(self)
644     }
645
646     fn clone_into(&self, target: &mut Vec<T>) {
647         // drop anything in target that will not be overwritten
648         target.truncate(self.len());
649         let len = target.len();
650
651         // reuse the contained values' allocations/resources.
652         target.clone_from_slice(&self[..len]);
653
654         // target.len <= self.len due to the truncate above, so the
655         // slice here is always in-bounds.
656         target.extend_from_slice(&self[len..]);
657     }
658 }
659
660 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
661 // Sorting
662 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
663
664 /// Inserts `v[0]` into pre-sorted sequence `v[1..]` so that whole `v[..]` becomes sorted.
665 ///
666 /// This is the integral subroutine of insertion sort.
667 fn insert_head<T, F>(v: &mut [T], is_less: &mut F)
668     where F: FnMut(&T, &T) -> bool
669 {
670     if v.len() >= 2 && is_less(&v[1], &v[0]) {
671         unsafe {
672             // There are three ways to implement insertion here:
673             //
674             // 1. Swap adjacent elements until the first one gets to its final destination.
675             //    However, this way we copy data around more than is necessary. If elements are big
676             //    structures (costly to copy), this method will be slow.
677             //
678             // 2. Iterate until the right place for the first element is found. Then shift the
679             //    elements succeeding it to make room for it and finally place it into the
680             //    remaining hole. This is a good method.
681             //
682             // 3. Copy the first element into a temporary variable. Iterate until the right place
683             //    for it is found. As we go along, copy every traversed element into the slot
684             //    preceding it. Finally, copy data from the temporary variable into the remaining
685             //    hole. This method is very good. Benchmarks demonstrated slightly better
686             //    performance than with the 2nd method.
687             //
688             // All methods were benchmarked, and the 3rd showed best results. So we chose that one.
689             let mut tmp = mem::ManuallyDrop::new(ptr::read(&v[0]));
690
691             // Intermediate state of the insertion process is always tracked by `hole`, which
692             // serves two purposes:
693             // 1. Protects integrity of `v` from panics in `is_less`.
694             // 2. Fills the remaining hole in `v` in the end.
695             //
696             // Panic safety:
697             //
698             // If `is_less` panics at any point during the process, `hole` will get dropped and
699             // fill the hole in `v` with `tmp`, thus ensuring that `v` still holds every object it
700             // initially held exactly once.
701             let mut hole = InsertionHole {
702                 src: &mut *tmp,
703                 dest: &mut v[1],
704             };
705             ptr::copy_nonoverlapping(&v[1], &mut v[0], 1);
706
707             for i in 2..v.len() {
708                 if !is_less(&v[i], &*tmp) {
709                     break;
710                 }
711                 ptr::copy_nonoverlapping(&v[i], &mut v[i - 1], 1);
712                 hole.dest = &mut v[i];
713             }
714             // `hole` gets dropped and thus copies `tmp` into the remaining hole in `v`.
715         }
716     }
717
718     // When dropped, copies from `src` into `dest`.
719     struct InsertionHole<T> {
720         src: *mut T,
721         dest: *mut T,
722     }
723
724     impl<T> Drop for InsertionHole<T> {
725         fn drop(&mut self) {
726             unsafe { ptr::copy_nonoverlapping(self.src, self.dest, 1); }
727         }
728     }
729 }
730
731 /// Merges non-decreasing runs `v[..mid]` and `v[mid..]` using `buf` as temporary storage, and
732 /// stores the result into `v[..]`.
733 ///
734 /// # Safety
735 ///
736 /// The two slices must be non-empty and `mid` must be in bounds. Buffer `buf` must be long enough
737 /// to hold a copy of the shorter slice. Also, `T` must not be a zero-sized type.
738 unsafe fn merge<T, F>(v: &mut [T], mid: usize, buf: *mut T, is_less: &mut F)
739     where F: FnMut(&T, &T) -> bool
740 {
741     let len = v.len();
742     let v = v.as_mut_ptr();
743     let v_mid = v.add(mid);
744     let v_end = v.add(len);
745
746     // The merge process first copies the shorter run into `buf`. Then it traces the newly copied
747     // run and the longer run forwards (or backwards), comparing their next unconsumed elements and
748     // copying the lesser (or greater) one into `v`.
749     //
750     // As soon as the shorter run is fully consumed, the process is done. If the longer run gets
751     // consumed first, then we must copy whatever is left of the shorter run into the remaining
752     // hole in `v`.
753     //
754     // Intermediate state of the process is always tracked by `hole`, which serves two purposes:
755     // 1. Protects integrity of `v` from panics in `is_less`.
756     // 2. Fills the remaining hole in `v` if the longer run gets consumed first.
757     //
758     // Panic safety:
759     //
760     // If `is_less` panics at any point during the process, `hole` will get dropped and fill the
761     // hole in `v` with the unconsumed range in `buf`, thus ensuring that `v` still holds every
762     // object it initially held exactly once.
763     let mut hole;
764
765     if mid <= len - mid {
766         // The left run is shorter.
767         ptr::copy_nonoverlapping(v, buf, mid);
768         hole = MergeHole {
769             start: buf,
770             end: buf.add(mid),
771             dest: v,
772         };
773
774         // Initially, these pointers point to the beginnings of their arrays.
775         let left = &mut hole.start;
776         let mut right = v_mid;
777         let out = &mut hole.dest;
778
779         while *left < hole.end && right < v_end {
780             // Consume the lesser side.
781             // If equal, prefer the left run to maintain stability.
782             let to_copy = if is_less(&*right, &**left) {
783                 get_and_increment(&mut right)
784             } else {
785                 get_and_increment(left)
786             };
787             ptr::copy_nonoverlapping(to_copy, get_and_increment(out), 1);
788         }
789     } else {
790         // The right run is shorter.
791         ptr::copy_nonoverlapping(v_mid, buf, len - mid);
792         hole = MergeHole {
793             start: buf,
794             end: buf.add(len - mid),
795             dest: v_mid,
796         };
797
798         // Initially, these pointers point past the ends of their arrays.
799         let left = &mut hole.dest;
800         let right = &mut hole.end;
801         let mut out = v_end;
802
803         while v < *left && buf < *right {
804             // Consume the greater side.
805             // If equal, prefer the right run to maintain stability.
806             let to_copy = if is_less(&*right.offset(-1), &*left.offset(-1)) {
807                 decrement_and_get(left)
808             } else {
809                 decrement_and_get(right)
810             };
811             ptr::copy_nonoverlapping(to_copy, decrement_and_get(&mut out), 1);
812         }
813     }
814     // Finally, `hole` gets dropped. If the shorter run was not fully consumed, whatever remains of
815     // it will now be copied into the hole in `v`.
816
817     unsafe fn get_and_increment<T>(ptr: &mut *mut T) -> *mut T {
818         let old = *ptr;
819         *ptr = ptr.offset(1);
820         old
821     }
822
823     unsafe fn decrement_and_get<T>(ptr: &mut *mut T) -> *mut T {
824         *ptr = ptr.offset(-1);
825         *ptr
826     }
827
828     // When dropped, copies the range `start..end` into `dest..`.
829     struct MergeHole<T> {
830         start: *mut T,
831         end: *mut T,
832         dest: *mut T,
833     }
834
835     impl<T> Drop for MergeHole<T> {
836         fn drop(&mut self) {
837             // `T` is not a zero-sized type, so it's okay to divide by its size.
838             let len = (self.end as usize - self.start as usize) / mem::size_of::<T>();
839             unsafe { ptr::copy_nonoverlapping(self.start, self.dest, len); }
840         }
841     }
842 }
843
844 /// This merge sort borrows some (but not all) ideas from TimSort, which is described in detail
845 /// [here](http://svn.python.org/projects/python/trunk/Objects/listsort.txt).
846 ///
847 /// The algorithm identifies strictly descending and non-descending subsequences, which are called
848 /// natural runs. There is a stack of pending runs yet to be merged. Each newly found run is pushed
849 /// onto the stack, and then some pairs of adjacent runs are merged until these two invariants are
850 /// satisfied:
851 ///
852 /// 1. for every `i` in `1..runs.len()`: `runs[i - 1].len > runs[i].len`
853 /// 2. for every `i` in `2..runs.len()`: `runs[i - 2].len > runs[i - 1].len + runs[i].len`
854 ///
855 /// The invariants ensure that the total running time is `O(n log n)` worst-case.
856 fn merge_sort<T, F>(v: &mut [T], mut is_less: F)
857     where F: FnMut(&T, &T) -> bool
858 {
859     // Slices of up to this length get sorted using insertion sort.
860     const MAX_INSERTION: usize = 20;
861     // Very short runs are extended using insertion sort to span at least this many elements.
862     const MIN_RUN: usize = 10;
863
864     // Sorting has no meaningful behavior on zero-sized types.
865     if size_of::<T>() == 0 {
866         return;
867     }
868
869     let len = v.len();
870
871     // Short arrays get sorted in-place via insertion sort to avoid allocations.
872     if len <= MAX_INSERTION {
873         if len >= 2 {
874             for i in (0..len-1).rev() {
875                 insert_head(&mut v[i..], &mut is_less);
876             }
877         }
878         return;
879     }
880
881     // Allocate a buffer to use as scratch memory. We keep the length 0 so we can keep in it
882     // shallow copies of the contents of `v` without risking the dtors running on copies if
883     // `is_less` panics. When merging two sorted runs, this buffer holds a copy of the shorter run,
884     // which will always have length at most `len / 2`.
885     let mut buf = Vec::with_capacity(len / 2);
886
887     // In order to identify natural runs in `v`, we traverse it backwards. That might seem like a
888     // strange decision, but consider the fact that merges more often go in the opposite direction
889     // (forwards). According to benchmarks, merging forwards is slightly faster than merging
890     // backwards. To conclude, identifying runs by traversing backwards improves performance.
891     let mut runs = vec![];
892     let mut end = len;
893     while end > 0 {
894         // Find the next natural run, and reverse it if it's strictly descending.
895         let mut start = end - 1;
896         if start > 0 {
897             start -= 1;
898             unsafe {
899                 if is_less(v.get_unchecked(start + 1), v.get_unchecked(start)) {
900                     while start > 0 && is_less(v.get_unchecked(start),
901                                                v.get_unchecked(start - 1)) {
902                         start -= 1;
903                     }
904                     v[start..end].reverse();
905                 } else {
906                     while start > 0 && !is_less(v.get_unchecked(start),
907                                                 v.get_unchecked(start - 1)) {
908                         start -= 1;
909                     }
910                 }
911             }
912         }
913
914         // Insert some more elements into the run if it's too short. Insertion sort is faster than
915         // merge sort on short sequences, so this significantly improves performance.
916         while start > 0 && end - start < MIN_RUN {
917             start -= 1;
918             insert_head(&mut v[start..end], &mut is_less);
919         }
920
921         // Push this run onto the stack.
922         runs.push(Run {
923             start,
924             len: end - start,
925         });
926         end = start;
927
928         // Merge some pairs of adjacent runs to satisfy the invariants.
929         while let Some(r) = collapse(&runs) {
930             let left = runs[r + 1];
931             let right = runs[r];
932             unsafe {
933                 merge(&mut v[left.start .. right.start + right.len], left.len, buf.as_mut_ptr(),
934                       &mut is_less);
935             }
936             runs[r] = Run {
937                 start: left.start,
938                 len: left.len + right.len,
939             };
940             runs.remove(r + 1);
941         }
942     }
943
944     // Finally, exactly one run must remain in the stack.
945     debug_assert!(runs.len() == 1 && runs[0].start == 0 && runs[0].len == len);
946
947     // Examines the stack of runs and identifies the next pair of runs to merge. More specifically,
948     // if `Some(r)` is returned, that means `runs[r]` and `runs[r + 1]` must be merged next. If the
949     // algorithm should continue building a new run instead, `None` is returned.
950     //
951     // TimSort is infamous for its buggy implementations, as described here:
952     // http://envisage-project.eu/timsort-specification-and-verification/
953     //
954     // The gist of the story is: we must enforce the invariants on the top four runs on the stack.
955     // Enforcing them on just top three is not sufficient to ensure that the invariants will still
956     // hold for *all* runs in the stack.
957     //
958     // This function correctly checks invariants for the top four runs. Additionally, if the top
959     // run starts at index 0, it will always demand a merge operation until the stack is fully
960     // collapsed, in order to complete the sort.
961     #[inline]
962     fn collapse(runs: &[Run]) -> Option<usize> {
963         let n = runs.len();
964         if n >= 2 && (runs[n - 1].start == 0 ||
965                       runs[n - 2].len <= runs[n - 1].len ||
966                       (n >= 3 && runs[n - 3].len <= runs[n - 2].len + runs[n - 1].len) ||
967                       (n >= 4 && runs[n - 4].len <= runs[n - 3].len + runs[n - 2].len)) {
968             if n >= 3 && runs[n - 3].len < runs[n - 1].len {
969                 Some(n - 3)
970             } else {
971                 Some(n - 2)
972             }
973         } else {
974             None
975         }
976     }
977
978     #[derive(Clone, Copy)]
979     struct Run {
980         start: usize,
981         len: usize,
982     }
983 }