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Rollup merge of #68279 - GuillaumeGomez:clean-up-e0198, r=Dylan-DPC
[rust.git] / src / liballoc / sync.rs
1 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2
3 //! Thread-safe reference-counting pointers.
4 //!
5 //! See the [`Arc<T>`][arc] documentation for more details.
6 //!
7 //! [arc]: struct.Arc.html
8
9 use core::any::Any;
10 use core::array::LengthAtMost32;
11 use core::borrow;
12 use core::cmp::Ordering;
13 use core::convert::{From, TryFrom};
14 use core::fmt;
15 use core::hash::{Hash, Hasher};
16 use core::intrinsics::abort;
17 use core::iter;
18 use core::marker::{PhantomData, Unpin, Unsize};
19 use core::mem::{self, align_of, align_of_val, size_of_val};
20 use core::ops::{CoerceUnsized, Deref, DispatchFromDyn, Receiver};
21 use core::pin::Pin;
22 use core::ptr::{self, NonNull};
23 use core::slice::{self, from_raw_parts_mut};
24 use core::sync::atomic;
25 use core::sync::atomic::Ordering::{Acquire, Relaxed, Release, SeqCst};
26 use core::{isize, usize};
27
28 use crate::alloc::{box_free, handle_alloc_error, Alloc, Global, Layout};
29 use crate::boxed::Box;
30 use crate::rc::is_dangling;
31 use crate::string::String;
32 use crate::vec::Vec;
33
34 #[cfg(test)]
35 mod tests;
36
37 /// A soft limit on the amount of references that may be made to an `Arc`.
38 ///
39 /// Going above this limit will abort your program (although not
40 /// necessarily) at _exactly_ `MAX_REFCOUNT + 1` references.
41 const MAX_REFCOUNT: usize = (isize::MAX) as usize;
42
43 /// A thread-safe reference-counting pointer. 'Arc' stands for 'Atomically
44 /// Reference Counted'.
45 ///
46 /// The type `Arc<T>` provides shared ownership of a value of type `T`,
47 /// allocated in the heap. Invoking [`clone`][clone] on `Arc` produces
48 /// a new `Arc` instance, which points to the same allocation on the heap as the
49 /// source `Arc`, while increasing a reference count. When the last `Arc`
50 /// pointer to a given allocation is destroyed, the value stored in that allocation (often
51 /// referred to as "inner value") is also dropped.
52 ///
53 /// Shared references in Rust disallow mutation by default, and `Arc` is no
54 /// exception: you cannot generally obtain a mutable reference to something
55 /// inside an `Arc`. If you need to mutate through an `Arc`, use
56 /// [`Mutex`][mutex], [`RwLock`][rwlock], or one of the [`Atomic`][atomic]
57 /// types.
58 ///
59 /// ## Thread Safety
60 ///
61 /// Unlike [`Rc<T>`], `Arc<T>` uses atomic operations for its reference
62 /// counting. This means that it is thread-safe. The disadvantage is that
63 /// atomic operations are more expensive than ordinary memory accesses. If you
64 /// are not sharing reference-counted allocations between threads, consider using
65 /// [`Rc<T>`] for lower overhead. [`Rc<T>`] is a safe default, because the
66 /// compiler will catch any attempt to send an [`Rc<T>`] between threads.
67 /// However, a library might choose `Arc<T>` in order to give library consumers
68 /// more flexibility.
69 ///
70 /// `Arc<T>` will implement [`Send`] and [`Sync`] as long as the `T` implements
71 /// [`Send`] and [`Sync`]. Why can't you put a non-thread-safe type `T` in an
72 /// `Arc<T>` to make it thread-safe? This may be a bit counter-intuitive at
73 /// first: after all, isn't the point of `Arc<T>` thread safety? The key is
74 /// this: `Arc<T>` makes it thread safe to have multiple ownership of the same
75 /// data, but it  doesn't add thread safety to its data. Consider
76 /// `Arc<`[`RefCell<T>`]`>`. [`RefCell<T>`] isn't [`Sync`], and if `Arc<T>` was always
77 /// [`Send`], `Arc<`[`RefCell<T>`]`>` would be as well. But then we'd have a problem:
78 /// [`RefCell<T>`] is not thread safe; it keeps track of the borrowing count using
79 /// non-atomic operations.
80 ///
81 /// In the end, this means that you may need to pair `Arc<T>` with some sort of
82 /// [`std::sync`] type, usually [`Mutex<T>`][mutex].
83 ///
84 /// ## Breaking cycles with `Weak`
85 ///
86 /// The [`downgrade`][downgrade] method can be used to create a non-owning
87 /// [`Weak`][weak] pointer. A [`Weak`][weak] pointer can be [`upgrade`][upgrade]d
88 /// to an `Arc`, but this will return [`None`] if the value stored in the allocation has
89 /// already been dropped. In other words, `Weak` pointers do not keep the value
90 /// inside the allocation alive; however, they *do* keep the allocation
91 /// (the backing store for the value) alive.
92 ///
93 /// A cycle between `Arc` pointers will never be deallocated. For this reason,
94 /// [`Weak`][weak] is used to break cycles. For example, a tree could have
95 /// strong `Arc` pointers from parent nodes to children, and [`Weak`][weak]
96 /// pointers from children back to their parents.
97 ///
98 /// # Cloning references
99 ///
100 /// Creating a new reference from an existing reference counted pointer is done using the
101 /// `Clone` trait implemented for [`Arc<T>`][arc] and [`Weak<T>`][weak].
102 ///
103 /// ```
104 /// use std::sync::Arc;
105 /// let foo = Arc::new(vec![1.0, 2.0, 3.0]);
106 /// // The two syntaxes below are equivalent.
107 /// let a = foo.clone();
108 /// let b = Arc::clone(&foo);
109 /// // a, b, and foo are all Arcs that point to the same memory location
110 /// ```
111 ///
112 /// ## `Deref` behavior
113 ///
114 /// `Arc<T>` automatically dereferences to `T` (via the [`Deref`][deref] trait),
115 /// so you can call `T`'s methods on a value of type `Arc<T>`. To avoid name
116 /// clashes with `T`'s methods, the methods of `Arc<T>` itself are associated
117 /// functions, called using function-like syntax:
118 ///
119 /// ```
120 /// use std::sync::Arc;
121 /// let my_arc = Arc::new(());
122 ///
123 /// Arc::downgrade(&my_arc);
124 /// ```
125 ///
126 /// [`Weak<T>`][weak] does not auto-dereference to `T`, because the inner value may have
127 /// already been dropped.
128 ///
129 /// [arc]: struct.Arc.html
130 /// [weak]: struct.Weak.html
131 /// [`Rc<T>`]: ../../std/rc/struct.Rc.html
132 /// [clone]: ../../std/clone/trait.Clone.html#tymethod.clone
133 /// [mutex]: ../../std/sync/struct.Mutex.html
134 /// [rwlock]: ../../std/sync/struct.RwLock.html
135 /// [atomic]: ../../std/sync/atomic/index.html
136 /// [`Send`]: ../../std/marker/trait.Send.html
137 /// [`Sync`]: ../../std/marker/trait.Sync.html
138 /// [deref]: ../../std/ops/trait.Deref.html
139 /// [downgrade]: struct.Arc.html#method.downgrade
140 /// [upgrade]: struct.Weak.html#method.upgrade
141 /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
142 /// [`RefCell<T>`]: ../../std/cell/struct.RefCell.html
143 /// [`std::sync`]: ../../std/sync/index.html
144 /// [`Arc::clone(&from)`]: #method.clone
145 ///
146 /// # Examples
147 ///
148 /// Sharing some immutable data between threads:
149 ///
150 // Note that we **do not** run these tests here. The windows builders get super
151 // unhappy if a thread outlives the main thread and then exits at the same time
152 // (something deadlocks) so we just avoid this entirely by not running these
153 // tests.
154 /// ```no_run
155 /// use std::sync::Arc;
156 /// use std::thread;
157 ///
158 /// let five = Arc::new(5);
159 ///
160 /// for _ in 0..10 {
161 ///     let five = Arc::clone(&five);
162 ///
163 ///     thread::spawn(move || {
164 ///         println!("{:?}", five);
165 ///     });
166 /// }
167 /// ```
168 ///
169 /// Sharing a mutable [`AtomicUsize`]:
170 ///
171 /// [`AtomicUsize`]: ../../std/sync/atomic/struct.AtomicUsize.html
172 ///
173 /// ```no_run
174 /// use std::sync::Arc;
175 /// use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
176 /// use std::thread;
177 ///
178 /// let val = Arc::new(AtomicUsize::new(5));
179 ///
180 /// for _ in 0..10 {
181 ///     let val = Arc::clone(&val);
182 ///
183 ///     thread::spawn(move || {
184 ///         let v = val.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
185 ///         println!("{:?}", v);
186 ///     });
187 /// }
188 /// ```
189 ///
190 /// See the [`rc` documentation][rc_examples] for more examples of reference
191 /// counting in general.
192 ///
193 /// [rc_examples]: ../../std/rc/index.html#examples
194 #[cfg_attr(not(test), lang = "arc")]
195 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
196 pub struct Arc<T: ?Sized> {
197     ptr: NonNull<ArcInner<T>>,
198     phantom: PhantomData<ArcInner<T>>,
199 }
200
201 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
202 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Send for Arc<T> {}
203 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
204 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Sync for Arc<T> {}
205
206 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
207 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Arc<U>> for Arc<T> {}
208
209 #[unstable(feature = "dispatch_from_dyn", issue = "none")]
210 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> DispatchFromDyn<Arc<U>> for Arc<T> {}
211
212 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
213     fn from_inner(ptr: NonNull<ArcInner<T>>) -> Self {
214         Self { ptr, phantom: PhantomData }
215     }
216
217     unsafe fn from_ptr(ptr: *mut ArcInner<T>) -> Self {
218         Self::from_inner(NonNull::new_unchecked(ptr))
219     }
220 }
221
222 /// `Weak` is a version of [`Arc`] that holds a non-owning reference to the
223 /// managed allocation. The allocation is accessed by calling [`upgrade`] on the `Weak`
224 /// pointer, which returns an [`Option`]`<`[`Arc`]`<T>>`.
225 ///
226 /// Since a `Weak` reference does not count towards ownership, it will not
227 /// prevent the value stored in the allocation from being dropped, and `Weak` itself makes no
228 /// guarantees about the value still being present. Thus it may return [`None`]
229 /// when [`upgrade`]d. Note however that a `Weak` reference *does* prevent the allocation
230 /// itself (the backing store) from being deallocated.
231 ///
232 /// A `Weak` pointer is useful for keeping a temporary reference to the allocation
233 /// managed by [`Arc`] without preventing its inner value from being dropped. It is also used to
234 /// prevent circular references between [`Arc`] pointers, since mutual owning references
235 /// would never allow either [`Arc`] to be dropped. For example, a tree could
236 /// have strong [`Arc`] pointers from parent nodes to children, and `Weak`
237 /// pointers from children back to their parents.
238 ///
239 /// The typical way to obtain a `Weak` pointer is to call [`Arc::downgrade`].
240 ///
241 /// [`Arc`]: struct.Arc.html
242 /// [`Arc::downgrade`]: struct.Arc.html#method.downgrade
243 /// [`upgrade`]: struct.Weak.html#method.upgrade
244 /// [`Option`]: ../../std/option/enum.Option.html
245 /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
246 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
247 pub struct Weak<T: ?Sized> {
248     // This is a `NonNull` to allow optimizing the size of this type in enums,
249     // but it is not necessarily a valid pointer.
250     // `Weak::new` sets this to `usize::MAX` so that it doesn’t need
251     // to allocate space on the heap.  That's not a value a real pointer
252     // will ever have because RcBox has alignment at least 2.
253     ptr: NonNull<ArcInner<T>>,
254 }
255
256 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
257 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Send for Weak<T> {}
258 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
259 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Sync for Weak<T> {}
260
261 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
262 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Weak<U>> for Weak<T> {}
263 #[unstable(feature = "dispatch_from_dyn", issue = "none")]
264 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> DispatchFromDyn<Weak<U>> for Weak<T> {}
265
266 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
267 impl<T: ?Sized + fmt::Debug> fmt::Debug for Weak<T> {
268     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
269         write!(f, "(Weak)")
270     }
271 }
272
273 struct ArcInner<T: ?Sized> {
274     strong: atomic::AtomicUsize,
275
276     // the value usize::MAX acts as a sentinel for temporarily "locking" the
277     // ability to upgrade weak pointers or downgrade strong ones; this is used
278     // to avoid races in `make_mut` and `get_mut`.
279     weak: atomic::AtomicUsize,
280
281     data: T,
282 }
283
284 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Send for ArcInner<T> {}
285 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Sync for ArcInner<T> {}
286
287 impl<T> Arc<T> {
288     /// Constructs a new `Arc<T>`.
289     ///
290     /// # Examples
291     ///
292     /// ```
293     /// use std::sync::Arc;
294     ///
295     /// let five = Arc::new(5);
296     /// ```
297     #[inline]
298     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
299     pub fn new(data: T) -> Arc<T> {
300         // Start the weak pointer count as 1 which is the weak pointer that's
301         // held by all the strong pointers (kinda), see std/rc.rs for more info
302         let x: Box<_> = box ArcInner {
303             strong: atomic::AtomicUsize::new(1),
304             weak: atomic::AtomicUsize::new(1),
305             data,
306         };
307         Self::from_inner(Box::into_raw_non_null(x))
308     }
309
310     /// Constructs a new `Arc` with uninitialized contents.
311     ///
312     /// # Examples
313     ///
314     /// ```
315     /// #![feature(new_uninit)]
316     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
317     ///
318     /// use std::sync::Arc;
319     ///
320     /// let mut five = Arc::<u32>::new_uninit();
321     ///
322     /// let five = unsafe {
323     ///     // Deferred initialization:
324     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut five).as_mut_ptr().write(5);
325     ///
326     ///     five.assume_init()
327     /// };
328     ///
329     /// assert_eq!(*five, 5)
330     /// ```
331     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
332     pub fn new_uninit() -> Arc<mem::MaybeUninit<T>> {
333         unsafe {
334             Arc::from_ptr(Arc::allocate_for_layout(Layout::new::<T>(), |mem| {
335                 mem as *mut ArcInner<mem::MaybeUninit<T>>
336             }))
337         }
338     }
339
340     /// Constructs a new `Arc` with uninitialized contents, with the memory
341     /// being filled with `0` bytes.
342     ///
343     /// See [`MaybeUninit::zeroed`][zeroed] for examples of correct and incorrect usage
344     /// of this method.
345     ///
346     /// # Examples
347     ///
348     /// ```
349     /// #![feature(new_uninit)]
350     ///
351     /// use std::sync::Arc;
352     ///
353     /// let zero = Arc::<u32>::new_zeroed();
354     /// let zero = unsafe { zero.assume_init() };
355     ///
356     /// assert_eq!(*zero, 0)
357     /// ```
358     ///
359     /// [zeroed]: ../../std/mem/union.MaybeUninit.html#method.zeroed
360     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
361     pub fn new_zeroed() -> Arc<mem::MaybeUninit<T>> {
362         unsafe {
363             let mut uninit = Self::new_uninit();
364             ptr::write_bytes::<T>(Arc::get_mut_unchecked(&mut uninit).as_mut_ptr(), 0, 1);
365             uninit
366         }
367     }
368
369     /// Constructs a new `Pin<Arc<T>>`. If `T` does not implement `Unpin`, then
370     /// `data` will be pinned in memory and unable to be moved.
371     #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
372     pub fn pin(data: T) -> Pin<Arc<T>> {
373         unsafe { Pin::new_unchecked(Arc::new(data)) }
374     }
375
376     /// Returns the inner value, if the `Arc` has exactly one strong reference.
377     ///
378     /// Otherwise, an [`Err`][result] is returned with the same `Arc` that was
379     /// passed in.
380     ///
381     /// This will succeed even if there are outstanding weak references.
382     ///
383     /// [result]: ../../std/result/enum.Result.html
384     ///
385     /// # Examples
386     ///
387     /// ```
388     /// use std::sync::Arc;
389     ///
390     /// let x = Arc::new(3);
391     /// assert_eq!(Arc::try_unwrap(x), Ok(3));
392     ///
393     /// let x = Arc::new(4);
394     /// let _y = Arc::clone(&x);
395     /// assert_eq!(*Arc::try_unwrap(x).unwrap_err(), 4);
396     /// ```
397     #[inline]
398     #[stable(feature = "arc_unique", since = "1.4.0")]
399     pub fn try_unwrap(this: Self) -> Result<T, Self> {
400         // See `drop` for why all these atomics are like this
401         if this.inner().strong.compare_exchange(1, 0, Release, Relaxed).is_err() {
402             return Err(this);
403         }
404
405         atomic::fence(Acquire);
406
407         unsafe {
408             let elem = ptr::read(&this.ptr.as_ref().data);
409
410             // Make a weak pointer to clean up the implicit strong-weak reference
411             let _weak = Weak { ptr: this.ptr };
412             mem::forget(this);
413
414             Ok(elem)
415         }
416     }
417 }
418
419 impl<T> Arc<[T]> {
420     /// Constructs a new reference-counted slice with uninitialized contents.
421     ///
422     /// # Examples
423     ///
424     /// ```
425     /// #![feature(new_uninit)]
426     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
427     ///
428     /// use std::sync::Arc;
429     ///
430     /// let mut values = Arc::<[u32]>::new_uninit_slice(3);
431     ///
432     /// let values = unsafe {
433     ///     // Deferred initialization:
434     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[0].as_mut_ptr().write(1);
435     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[1].as_mut_ptr().write(2);
436     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[2].as_mut_ptr().write(3);
437     ///
438     ///     values.assume_init()
439     /// };
440     ///
441     /// assert_eq!(*values, [1, 2, 3])
442     /// ```
443     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
444     pub fn new_uninit_slice(len: usize) -> Arc<[mem::MaybeUninit<T>]> {
445         unsafe { Arc::from_ptr(Arc::allocate_for_slice(len)) }
446     }
447 }
448
449 impl<T> Arc<mem::MaybeUninit<T>> {
450     /// Converts to `Arc<T>`.
451     ///
452     /// # Safety
453     ///
454     /// As with [`MaybeUninit::assume_init`],
455     /// it is up to the caller to guarantee that the inner value
456     /// really is in an initialized state.
457     /// Calling this when the content is not yet fully initialized
458     /// causes immediate undefined behavior.
459     ///
460     /// [`MaybeUninit::assume_init`]: ../../std/mem/union.MaybeUninit.html#method.assume_init
461     ///
462     /// # Examples
463     ///
464     /// ```
465     /// #![feature(new_uninit)]
466     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
467     ///
468     /// use std::sync::Arc;
469     ///
470     /// let mut five = Arc::<u32>::new_uninit();
471     ///
472     /// let five = unsafe {
473     ///     // Deferred initialization:
474     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut five).as_mut_ptr().write(5);
475     ///
476     ///     five.assume_init()
477     /// };
478     ///
479     /// assert_eq!(*five, 5)
480     /// ```
481     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
482     #[inline]
483     pub unsafe fn assume_init(self) -> Arc<T> {
484         Arc::from_inner(mem::ManuallyDrop::new(self).ptr.cast())
485     }
486 }
487
488 impl<T> Arc<[mem::MaybeUninit<T>]> {
489     /// Converts to `Arc<[T]>`.
490     ///
491     /// # Safety
492     ///
493     /// As with [`MaybeUninit::assume_init`],
494     /// it is up to the caller to guarantee that the inner value
495     /// really is in an initialized state.
496     /// Calling this when the content is not yet fully initialized
497     /// causes immediate undefined behavior.
498     ///
499     /// [`MaybeUninit::assume_init`]: ../../std/mem/union.MaybeUninit.html#method.assume_init
500     ///
501     /// # Examples
502     ///
503     /// ```
504     /// #![feature(new_uninit)]
505     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
506     ///
507     /// use std::sync::Arc;
508     ///
509     /// let mut values = Arc::<[u32]>::new_uninit_slice(3);
510     ///
511     /// let values = unsafe {
512     ///     // Deferred initialization:
513     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[0].as_mut_ptr().write(1);
514     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[1].as_mut_ptr().write(2);
515     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[2].as_mut_ptr().write(3);
516     ///
517     ///     values.assume_init()
518     /// };
519     ///
520     /// assert_eq!(*values, [1, 2, 3])
521     /// ```
522     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
523     #[inline]
524     pub unsafe fn assume_init(self) -> Arc<[T]> {
525         Arc::from_ptr(mem::ManuallyDrop::new(self).ptr.as_ptr() as _)
526     }
527 }
528
529 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
530     /// Consumes the `Arc`, returning the wrapped pointer.
531     ///
532     /// To avoid a memory leak the pointer must be converted back to an `Arc` using
533     /// [`Arc::from_raw`][from_raw].
534     ///
535     /// [from_raw]: struct.Arc.html#method.from_raw
536     ///
537     /// # Examples
538     ///
539     /// ```
540     /// use std::sync::Arc;
541     ///
542     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
543     /// let x_ptr = Arc::into_raw(x);
544     /// assert_eq!(unsafe { &*x_ptr }, "hello");
545     /// ```
546     #[stable(feature = "rc_raw", since = "1.17.0")]
547     pub fn into_raw(this: Self) -> *const T {
548         let ptr: *mut ArcInner<T> = NonNull::as_ptr(this.ptr);
549         let fake_ptr = ptr as *mut T;
550         mem::forget(this);
551
552         // SAFETY: This cannot go through Deref::deref.
553         // Instead, we manually offset the pointer rather than manifesting a reference.
554         // This is so that the returned pointer retains the same provenance as our pointer.
555         // This is required so that e.g. `get_mut` can write through the pointer
556         // after the Arc is recovered through `from_raw`.
557         unsafe {
558             let offset = data_offset(&(*ptr).data);
559             set_data_ptr(fake_ptr, (ptr as *mut u8).offset(offset))
560         }
561     }
562
563     /// Constructs an `Arc` from a raw pointer.
564     ///
565     /// The raw pointer must have been previously returned by a call to a
566     /// [`Arc::into_raw`][into_raw].
567     ///
568     /// This function is unsafe because improper use may lead to memory problems. For example, a
569     /// double-free may occur if the function is called twice on the same raw pointer.
570     ///
571     /// [into_raw]: struct.Arc.html#method.into_raw
572     ///
573     /// # Examples
574     ///
575     /// ```
576     /// use std::sync::Arc;
577     ///
578     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
579     /// let x_ptr = Arc::into_raw(x);
580     ///
581     /// unsafe {
582     ///     // Convert back to an `Arc` to prevent leak.
583     ///     let x = Arc::from_raw(x_ptr);
584     ///     assert_eq!(&*x, "hello");
585     ///
586     ///     // Further calls to `Arc::from_raw(x_ptr)` would be memory-unsafe.
587     /// }
588     ///
589     /// // The memory was freed when `x` went out of scope above, so `x_ptr` is now dangling!
590     /// ```
591     #[stable(feature = "rc_raw", since = "1.17.0")]
592     pub unsafe fn from_raw(ptr: *const T) -> Self {
593         let offset = data_offset(ptr);
594
595         // Reverse the offset to find the original ArcInner.
596         let fake_ptr = ptr as *mut ArcInner<T>;
597         let arc_ptr = set_data_ptr(fake_ptr, (ptr as *mut u8).offset(-offset));
598
599         Self::from_ptr(arc_ptr)
600     }
601
602     /// Consumes the `Arc`, returning the wrapped pointer as `NonNull<T>`.
603     ///
604     /// # Examples
605     ///
606     /// ```
607     /// #![feature(rc_into_raw_non_null)]
608     ///
609     /// use std::sync::Arc;
610     ///
611     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
612     /// let ptr = Arc::into_raw_non_null(x);
613     /// let deref = unsafe { ptr.as_ref() };
614     /// assert_eq!(deref, "hello");
615     /// ```
616     #[unstable(feature = "rc_into_raw_non_null", issue = "47336")]
617     #[inline]
618     pub fn into_raw_non_null(this: Self) -> NonNull<T> {
619         // safe because Arc guarantees its pointer is non-null
620         unsafe { NonNull::new_unchecked(Arc::into_raw(this) as *mut _) }
621     }
622
623     /// Creates a new [`Weak`][weak] pointer to this allocation.
624     ///
625     /// [weak]: struct.Weak.html
626     ///
627     /// # Examples
628     ///
629     /// ```
630     /// use std::sync::Arc;
631     ///
632     /// let five = Arc::new(5);
633     ///
634     /// let weak_five = Arc::downgrade(&five);
635     /// ```
636     #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
637     pub fn downgrade(this: &Self) -> Weak<T> {
638         // This Relaxed is OK because we're checking the value in the CAS
639         // below.
640         let mut cur = this.inner().weak.load(Relaxed);
641
642         loop {
643             // check if the weak counter is currently "locked"; if so, spin.
644             if cur == usize::MAX {
645                 cur = this.inner().weak.load(Relaxed);
646                 continue;
647             }
648
649             // NOTE: this code currently ignores the possibility of overflow
650             // into usize::MAX; in general both Rc and Arc need to be adjusted
651             // to deal with overflow.
652
653             // Unlike with Clone(), we need this to be an Acquire read to
654             // synchronize with the write coming from `is_unique`, so that the
655             // events prior to that write happen before this read.
656             match this.inner().weak.compare_exchange_weak(cur, cur + 1, Acquire, Relaxed) {
657                 Ok(_) => {
658                     // Make sure we do not create a dangling Weak
659                     debug_assert!(!is_dangling(this.ptr));
660                     return Weak { ptr: this.ptr };
661                 }
662                 Err(old) => cur = old,
663             }
664         }
665     }
666
667     /// Gets the number of [`Weak`][weak] pointers to this allocation.
668     ///
669     /// [weak]: struct.Weak.html
670     ///
671     /// # Safety
672     ///
673     /// This method by itself is safe, but using it correctly requires extra care.
674     /// Another thread can change the weak count at any time,
675     /// including potentially between calling this method and acting on the result.
676     ///
677     /// # Examples
678     ///
679     /// ```
680     /// use std::sync::Arc;
681     ///
682     /// let five = Arc::new(5);
683     /// let _weak_five = Arc::downgrade(&five);
684     ///
685     /// // This assertion is deterministic because we haven't shared
686     /// // the `Arc` or `Weak` between threads.
687     /// assert_eq!(1, Arc::weak_count(&five));
688     /// ```
689     #[inline]
690     #[stable(feature = "arc_counts", since = "1.15.0")]
691     pub fn weak_count(this: &Self) -> usize {
692         let cnt = this.inner().weak.load(SeqCst);
693         // If the weak count is currently locked, the value of the
694         // count was 0 just before taking the lock.
695         if cnt == usize::MAX { 0 } else { cnt - 1 }
696     }
697
698     /// Gets the number of strong (`Arc`) pointers to this allocation.
699     ///
700     /// # Safety
701     ///
702     /// This method by itself is safe, but using it correctly requires extra care.
703     /// Another thread can change the strong count at any time,
704     /// including potentially between calling this method and acting on the result.
705     ///
706     /// # Examples
707     ///
708     /// ```
709     /// use std::sync::Arc;
710     ///
711     /// let five = Arc::new(5);
712     /// let _also_five = Arc::clone(&five);
713     ///
714     /// // This assertion is deterministic because we haven't shared
715     /// // the `Arc` between threads.
716     /// assert_eq!(2, Arc::strong_count(&five));
717     /// ```
718     #[inline]
719     #[stable(feature = "arc_counts", since = "1.15.0")]
720     pub fn strong_count(this: &Self) -> usize {
721         this.inner().strong.load(SeqCst)
722     }
723
724     #[inline]
725     fn inner(&self) -> &ArcInner<T> {
726         // This unsafety is ok because while this arc is alive we're guaranteed
727         // that the inner pointer is valid. Furthermore, we know that the
728         // `ArcInner` structure itself is `Sync` because the inner data is
729         // `Sync` as well, so we're ok loaning out an immutable pointer to these
730         // contents.
731         unsafe { self.ptr.as_ref() }
732     }
733
734     // Non-inlined part of `drop`.
735     #[inline(never)]
736     unsafe fn drop_slow(&mut self) {
737         // Destroy the data at this time, even though we may not free the box
738         // allocation itself (there may still be weak pointers lying around).
739         ptr::drop_in_place(&mut self.ptr.as_mut().data);
740
741         if self.inner().weak.fetch_sub(1, Release) == 1 {
742             atomic::fence(Acquire);
743             Global.dealloc(self.ptr.cast(), Layout::for_value(self.ptr.as_ref()))
744         }
745     }
746
747     #[inline]
748     #[stable(feature = "ptr_eq", since = "1.17.0")]
749     /// Returns `true` if the two `Arc`s point to the same allocation
750     /// (in a vein similar to [`ptr::eq`]).
751     ///
752     /// # Examples
753     ///
754     /// ```
755     /// use std::sync::Arc;
756     ///
757     /// let five = Arc::new(5);
758     /// let same_five = Arc::clone(&five);
759     /// let other_five = Arc::new(5);
760     ///
761     /// assert!(Arc::ptr_eq(&five, &same_five));
762     /// assert!(!Arc::ptr_eq(&five, &other_five));
763     /// ```
764     ///
765     /// [`ptr::eq`]: ../../std/ptr/fn.eq.html
766     pub fn ptr_eq(this: &Self, other: &Self) -> bool {
767         this.ptr.as_ptr() == other.ptr.as_ptr()
768     }
769 }
770
771 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
772     /// Allocates an `ArcInner<T>` with sufficient space for
773     /// a possibly-unsized inner value where the value has the layout provided.
774     ///
775     /// The function `mem_to_arcinner` is called with the data pointer
776     /// and must return back a (potentially fat)-pointer for the `ArcInner<T>`.
777     unsafe fn allocate_for_layout(
778         value_layout: Layout,
779         mem_to_arcinner: impl FnOnce(*mut u8) -> *mut ArcInner<T>,
780     ) -> *mut ArcInner<T> {
781         // Calculate layout using the given value layout.
782         // Previously, layout was calculated on the expression
783         // `&*(ptr as *const ArcInner<T>)`, but this created a misaligned
784         // reference (see #54908).
785         let layout = Layout::new::<ArcInner<()>>().extend(value_layout).unwrap().0.pad_to_align();
786
787         let mem = Global.alloc(layout).unwrap_or_else(|_| handle_alloc_error(layout));
788
789         // Initialize the ArcInner
790         let inner = mem_to_arcinner(mem.as_ptr());
791         debug_assert_eq!(Layout::for_value(&*inner), layout);
792
793         ptr::write(&mut (*inner).strong, atomic::AtomicUsize::new(1));
794         ptr::write(&mut (*inner).weak, atomic::AtomicUsize::new(1));
795
796         inner
797     }
798
799     /// Allocates an `ArcInner<T>` with sufficient space for an unsized inner value.
800     unsafe fn allocate_for_ptr(ptr: *const T) -> *mut ArcInner<T> {
801         // Allocate for the `ArcInner<T>` using the given value.
802         Self::allocate_for_layout(Layout::for_value(&*ptr), |mem| {
803             set_data_ptr(ptr as *mut T, mem) as *mut ArcInner<T>
804         })
805     }
806
807     fn from_box(v: Box<T>) -> Arc<T> {
808         unsafe {
809             let box_unique = Box::into_unique(v);
810             let bptr = box_unique.as_ptr();
811
812             let value_size = size_of_val(&*bptr);
813             let ptr = Self::allocate_for_ptr(bptr);
814
815             // Copy value as bytes
816             ptr::copy_nonoverlapping(
817                 bptr as *const T as *const u8,
818                 &mut (*ptr).data as *mut _ as *mut u8,
819                 value_size,
820             );
821
822             // Free the allocation without dropping its contents
823             box_free(box_unique);
824
825             Self::from_ptr(ptr)
826         }
827     }
828 }
829
830 impl<T> Arc<[T]> {
831     /// Allocates an `ArcInner<[T]>` with the given length.
832     unsafe fn allocate_for_slice(len: usize) -> *mut ArcInner<[T]> {
833         Self::allocate_for_layout(Layout::array::<T>(len).unwrap(), |mem| {
834             ptr::slice_from_raw_parts_mut(mem as *mut T, len) as *mut ArcInner<[T]>
835         })
836     }
837 }
838
839 /// Sets the data pointer of a `?Sized` raw pointer.
840 ///
841 /// For a slice/trait object, this sets the `data` field and leaves the rest
842 /// unchanged. For a sized raw pointer, this simply sets the pointer.
843 unsafe fn set_data_ptr<T: ?Sized, U>(mut ptr: *mut T, data: *mut U) -> *mut T {
844     ptr::write(&mut ptr as *mut _ as *mut *mut u8, data as *mut u8);
845     ptr
846 }
847
848 impl<T> Arc<[T]> {
849     /// Copy elements from slice into newly allocated Arc<[T]>
850     ///
851     /// Unsafe because the caller must either take ownership or bind `T: Copy`.
852     unsafe fn copy_from_slice(v: &[T]) -> Arc<[T]> {
853         let ptr = Self::allocate_for_slice(v.len());
854
855         ptr::copy_nonoverlapping(v.as_ptr(), &mut (*ptr).data as *mut [T] as *mut T, v.len());
856
857         Self::from_ptr(ptr)
858     }
859
860     /// Constructs an `Arc<[T]>` from an iterator known to be of a certain size.
861     ///
862     /// Behavior is undefined should the size be wrong.
863     unsafe fn from_iter_exact(iter: impl iter::Iterator<Item = T>, len: usize) -> Arc<[T]> {
864         // Panic guard while cloning T elements.
865         // In the event of a panic, elements that have been written
866         // into the new ArcInner will be dropped, then the memory freed.
867         struct Guard<T> {
868             mem: NonNull<u8>,
869             elems: *mut T,
870             layout: Layout,
871             n_elems: usize,
872         }
873
874         impl<T> Drop for Guard<T> {
875             fn drop(&mut self) {
876                 unsafe {
877                     let slice = from_raw_parts_mut(self.elems, self.n_elems);
878                     ptr::drop_in_place(slice);
879
880                     Global.dealloc(self.mem.cast(), self.layout);
881                 }
882             }
883         }
884
885         let ptr = Self::allocate_for_slice(len);
886
887         let mem = ptr as *mut _ as *mut u8;
888         let layout = Layout::for_value(&*ptr);
889
890         // Pointer to first element
891         let elems = &mut (*ptr).data as *mut [T] as *mut T;
892
893         let mut guard = Guard { mem: NonNull::new_unchecked(mem), elems, layout, n_elems: 0 };
894
895         for (i, item) in iter.enumerate() {
896             ptr::write(elems.add(i), item);
897             guard.n_elems += 1;
898         }
899
900         // All clear. Forget the guard so it doesn't free the new ArcInner.
901         mem::forget(guard);
902
903         Self::from_ptr(ptr)
904     }
905 }
906
907 /// Specialization trait used for `From<&[T]>`.
908 trait ArcFromSlice<T> {
909     fn from_slice(slice: &[T]) -> Self;
910 }
911
912 impl<T: Clone> ArcFromSlice<T> for Arc<[T]> {
913     #[inline]
914     default fn from_slice(v: &[T]) -> Self {
915         unsafe { Self::from_iter_exact(v.iter().cloned(), v.len()) }
916     }
917 }
918
919 impl<T: Copy> ArcFromSlice<T> for Arc<[T]> {
920     #[inline]
921     fn from_slice(v: &[T]) -> Self {
922         unsafe { Arc::copy_from_slice(v) }
923     }
924 }
925
926 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
927 impl<T: ?Sized> Clone for Arc<T> {
928     /// Makes a clone of the `Arc` pointer.
929     ///
930     /// This creates another pointer to the same allocation, increasing the
931     /// strong reference count.
932     ///
933     /// # Examples
934     ///
935     /// ```
936     /// use std::sync::Arc;
937     ///
938     /// let five = Arc::new(5);
939     ///
940     /// let _ = Arc::clone(&five);
941     /// ```
942     #[inline]
943     fn clone(&self) -> Arc<T> {
944         // Using a relaxed ordering is alright here, as knowledge of the
945         // original reference prevents other threads from erroneously deleting
946         // the object.
947         //
948         // As explained in the [Boost documentation][1], Increasing the
949         // reference counter can always be done with memory_order_relaxed: New
950         // references to an object can only be formed from an existing
951         // reference, and passing an existing reference from one thread to
952         // another must already provide any required synchronization.
953         //
954         // [1]: (www.boost.org/doc/libs/1_55_0/doc/html/atomic/usage_examples.html)
955         let old_size = self.inner().strong.fetch_add(1, Relaxed);
956
957         // However we need to guard against massive refcounts in case someone
958         // is `mem::forget`ing Arcs. If we don't do this the count can overflow
959         // and users will use-after free. We racily saturate to `isize::MAX` on
960         // the assumption that there aren't ~2 billion threads incrementing
961         // the reference count at once. This branch will never be taken in
962         // any realistic program.
963         //
964         // We abort because such a program is incredibly degenerate, and we
965         // don't care to support it.
966         if old_size > MAX_REFCOUNT {
967             unsafe {
968                 abort();
969             }
970         }
971
972         Self::from_inner(self.ptr)
973     }
974 }
975
976 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
977 impl<T: ?Sized> Deref for Arc<T> {
978     type Target = T;
979
980     #[inline]
981     fn deref(&self) -> &T {
982         &self.inner().data
983     }
984 }
985
986 #[unstable(feature = "receiver_trait", issue = "none")]
987 impl<T: ?Sized> Receiver for Arc<T> {}
988
989 impl<T: Clone> Arc<T> {
990     /// Makes a mutable reference into the given `Arc`.
991     ///
992     /// If there are other `Arc` or [`Weak`][weak] pointers to the same allocation,
993     /// then `make_mut` will create a new allocation and invoke [`clone`][clone] on the inner value
994     /// to ensure unique ownership. This is also referred to as clone-on-write.
995     ///
996     /// Note that this differs from the behavior of [`Rc::make_mut`] which disassociates
997     /// any remaining `Weak` pointers.
998     ///
999     /// See also [`get_mut`][get_mut], which will fail rather than cloning.
1000     ///
1001     /// [weak]: struct.Weak.html
1002     /// [clone]: ../../std/clone/trait.Clone.html#tymethod.clone
1003     /// [get_mut]: struct.Arc.html#method.get_mut
1004     /// [`Rc::make_mut`]: ../rc/struct.Rc.html#method.make_mut
1005     ///
1006     /// # Examples
1007     ///
1008     /// ```
1009     /// use std::sync::Arc;
1010     ///
1011     /// let mut data = Arc::new(5);
1012     ///
1013     /// *Arc::make_mut(&mut data) += 1;         // Won't clone anything
1014     /// let mut other_data = Arc::clone(&data); // Won't clone inner data
1015     /// *Arc::make_mut(&mut data) += 1;         // Clones inner data
1016     /// *Arc::make_mut(&mut data) += 1;         // Won't clone anything
1017     /// *Arc::make_mut(&mut other_data) *= 2;   // Won't clone anything
1018     ///
1019     /// // Now `data` and `other_data` point to different allocations.
1020     /// assert_eq!(*data, 8);
1021     /// assert_eq!(*other_data, 12);
1022     /// ```
1023     #[inline]
1024     #[stable(feature = "arc_unique", since = "1.4.0")]
1025     pub fn make_mut(this: &mut Self) -> &mut T {
1026         // Note that we hold both a strong reference and a weak reference.
1027         // Thus, releasing our strong reference only will not, by itself, cause
1028         // the memory to be deallocated.
1029         //
1030         // Use Acquire to ensure that we see any writes to `weak` that happen
1031         // before release writes (i.e., decrements) to `strong`. Since we hold a
1032         // weak count, there's no chance the ArcInner itself could be
1033         // deallocated.
1034         if this.inner().strong.compare_exchange(1, 0, Acquire, Relaxed).is_err() {
1035             // Another strong pointer exists; clone
1036             *this = Arc::new((**this).clone());
1037         } else if this.inner().weak.load(Relaxed) != 1 {
1038             // Relaxed suffices in the above because this is fundamentally an
1039             // optimization: we are always racing with weak pointers being
1040             // dropped. Worst case, we end up allocated a new Arc unnecessarily.
1041
1042             // We removed the last strong ref, but there are additional weak
1043             // refs remaining. We'll move the contents to a new Arc, and
1044             // invalidate the other weak refs.
1045
1046             // Note that it is not possible for the read of `weak` to yield
1047             // usize::MAX (i.e., locked), since the weak count can only be
1048             // locked by a thread with a strong reference.
1049
1050             // Materialize our own implicit weak pointer, so that it can clean
1051             // up the ArcInner as needed.
1052             let weak = Weak { ptr: this.ptr };
1053
1054             // mark the data itself as already deallocated
1055             unsafe {
1056                 // there is no data race in the implicit write caused by `read`
1057                 // here (due to zeroing) because data is no longer accessed by
1058                 // other threads (due to there being no more strong refs at this
1059                 // point).
1060                 let mut swap = Arc::new(ptr::read(&weak.ptr.as_ref().data));
1061                 mem::swap(this, &mut swap);
1062                 mem::forget(swap);
1063             }
1064         } else {
1065             // We were the sole reference of either kind; bump back up the
1066             // strong ref count.
1067             this.inner().strong.store(1, Release);
1068         }
1069
1070         // As with `get_mut()`, the unsafety is ok because our reference was
1071         // either unique to begin with, or became one upon cloning the contents.
1072         unsafe { &mut this.ptr.as_mut().data }
1073     }
1074 }
1075
1076 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
1077     /// Returns a mutable reference into the given `Arc`, if there are
1078     /// no other `Arc` or [`Weak`][weak] pointers to the same allocation.
1079     ///
1080     /// Returns [`None`][option] otherwise, because it is not safe to
1081     /// mutate a shared value.
1082     ///
1083     /// See also [`make_mut`][make_mut], which will [`clone`][clone]
1084     /// the inner value when there are other pointers.
1085     ///
1086     /// [weak]: struct.Weak.html
1087     /// [option]: ../../std/option/enum.Option.html
1088     /// [make_mut]: struct.Arc.html#method.make_mut
1089     /// [clone]: ../../std/clone/trait.Clone.html#tymethod.clone
1090     ///
1091     /// # Examples
1092     ///
1093     /// ```
1094     /// use std::sync::Arc;
1095     ///
1096     /// let mut x = Arc::new(3);
1097     /// *Arc::get_mut(&mut x).unwrap() = 4;
1098     /// assert_eq!(*x, 4);
1099     ///
1100     /// let _y = Arc::clone(&x);
1101     /// assert!(Arc::get_mut(&mut x).is_none());
1102     /// ```
1103     #[inline]
1104     #[stable(feature = "arc_unique", since = "1.4.0")]
1105     pub fn get_mut(this: &mut Self) -> Option<&mut T> {
1106         if this.is_unique() {
1107             // This unsafety is ok because we're guaranteed that the pointer
1108             // returned is the *only* pointer that will ever be returned to T. Our
1109             // reference count is guaranteed to be 1 at this point, and we required
1110             // the Arc itself to be `mut`, so we're returning the only possible
1111             // reference to the inner data.
1112             unsafe { Some(Arc::get_mut_unchecked(this)) }
1113         } else {
1114             None
1115         }
1116     }
1117
1118     /// Returns a mutable reference into the given `Arc`,
1119     /// without any check.
1120     ///
1121     /// See also [`get_mut`], which is safe and does appropriate checks.
1122     ///
1123     /// [`get_mut`]: struct.Arc.html#method.get_mut
1124     ///
1125     /// # Safety
1126     ///
1127     /// Any other `Arc` or [`Weak`] pointers to the same allocation must not be dereferenced
1128     /// for the duration of the returned borrow.
1129     /// This is trivially the case if no such pointers exist,
1130     /// for example immediately after `Arc::new`.
1131     ///
1132     /// # Examples
1133     ///
1134     /// ```
1135     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
1136     ///
1137     /// use std::sync::Arc;
1138     ///
1139     /// let mut x = Arc::new(String::new());
1140     /// unsafe {
1141     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut x).push_str("foo")
1142     /// }
1143     /// assert_eq!(*x, "foo");
1144     /// ```
1145     #[inline]
1146     #[unstable(feature = "get_mut_unchecked", issue = "63292")]
1147     pub unsafe fn get_mut_unchecked(this: &mut Self) -> &mut T {
1148         &mut this.ptr.as_mut().data
1149     }
1150
1151     /// Determine whether this is the unique reference (including weak refs) to
1152     /// the underlying data.
1153     ///
1154     /// Note that this requires locking the weak ref count.
1155     fn is_unique(&mut self) -> bool {
1156         // lock the weak pointer count if we appear to be the sole weak pointer
1157         // holder.
1158         //
1159         // The acquire label here ensures a happens-before relationship with any
1160         // writes to `strong` (in particular in `Weak::upgrade`) prior to decrements
1161         // of the `weak` count (via `Weak::drop`, which uses release).  If the upgraded
1162         // weak ref was never dropped, the CAS here will fail so we do not care to synchronize.
1163         if self.inner().weak.compare_exchange(1, usize::MAX, Acquire, Relaxed).is_ok() {
1164             // This needs to be an `Acquire` to synchronize with the decrement of the `strong`
1165             // counter in `drop` -- the only access that happens when any but the last reference
1166             // is being dropped.
1167             let unique = self.inner().strong.load(Acquire) == 1;
1168
1169             // The release write here synchronizes with a read in `downgrade`,
1170             // effectively preventing the above read of `strong` from happening
1171             // after the write.
1172             self.inner().weak.store(1, Release); // release the lock
1173             unique
1174         } else {
1175             false
1176         }
1177     }
1178 }
1179
1180 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1181 unsafe impl<#[may_dangle] T: ?Sized> Drop for Arc<T> {
1182     /// Drops the `Arc`.
1183     ///
1184     /// This will decrement the strong reference count. If the strong reference
1185     /// count reaches zero then the only other references (if any) are
1186     /// [`Weak`], so we `drop` the inner value.
1187     ///
1188     /// # Examples
1189     ///
1190     /// ```
1191     /// use std::sync::Arc;
1192     ///
1193     /// struct Foo;
1194     ///
1195     /// impl Drop for Foo {
1196     ///     fn drop(&mut self) {
1197     ///         println!("dropped!");
1198     ///     }
1199     /// }
1200     ///
1201     /// let foo  = Arc::new(Foo);
1202     /// let foo2 = Arc::clone(&foo);
1203     ///
1204     /// drop(foo);    // Doesn't print anything
1205     /// drop(foo2);   // Prints "dropped!"
1206     /// ```
1207     ///
1208     /// [`Weak`]: ../../std/sync/struct.Weak.html
1209     #[inline]
1210     fn drop(&mut self) {
1211         // Because `fetch_sub` is already atomic, we do not need to synchronize
1212         // with other threads unless we are going to delete the object. This
1213         // same logic applies to the below `fetch_sub` to the `weak` count.
1214         if self.inner().strong.fetch_sub(1, Release) != 1 {
1215             return;
1216         }
1217
1218         // This fence is needed to prevent reordering of use of the data and
1219         // deletion of the data.  Because it is marked `Release`, the decreasing
1220         // of the reference count synchronizes with this `Acquire` fence. This
1221         // means that use of the data happens before decreasing the reference
1222         // count, which happens before this fence, which happens before the
1223         // deletion of the data.
1224         //
1225         // As explained in the [Boost documentation][1],
1226         //
1227         // > It is important to enforce any possible access to the object in one
1228         // > thread (through an existing reference) to *happen before* deleting
1229         // > the object in a different thread. This is achieved by a "release"
1230         // > operation after dropping a reference (any access to the object
1231         // > through this reference must obviously happened before), and an
1232         // > "acquire" operation before deleting the object.
1233         //
1234         // In particular, while the contents of an Arc are usually immutable, it's
1235         // possible to have interior writes to something like a Mutex<T>. Since a
1236         // Mutex is not acquired when it is deleted, we can't rely on its
1237         // synchronization logic to make writes in thread A visible to a destructor
1238         // running in thread B.
1239         //
1240         // Also note that the Acquire fence here could probably be replaced with an
1241         // Acquire load, which could improve performance in highly-contended
1242         // situations. See [2].
1243         //
1244         // [1]: (www.boost.org/doc/libs/1_55_0/doc/html/atomic/usage_examples.html)
1245         // [2]: (https://github.com/rust-lang/rust/pull/41714)
1246         atomic::fence(Acquire);
1247
1248         unsafe {
1249             self.drop_slow();
1250         }
1251     }
1252 }
1253
1254 impl Arc<dyn Any + Send + Sync> {
1255     #[inline]
1256     #[stable(feature = "rc_downcast", since = "1.29.0")]
1257     /// Attempt to downcast the `Arc<dyn Any + Send + Sync>` to a concrete type.
1258     ///
1259     /// # Examples
1260     ///
1261     /// ```
1262     /// use std::any::Any;
1263     /// use std::sync::Arc;
1264     ///
1265     /// fn print_if_string(value: Arc<dyn Any + Send + Sync>) {
1266     ///     if let Ok(string) = value.downcast::<String>() {
1267     ///         println!("String ({}): {}", string.len(), string);
1268     ///     }
1269     /// }
1270     ///
1271     /// let my_string = "Hello World".to_string();
1272     /// print_if_string(Arc::new(my_string));
1273     /// print_if_string(Arc::new(0i8));
1274     /// ```
1275     pub fn downcast<T>(self) -> Result<Arc<T>, Self>
1276     where
1277         T: Any + Send + Sync + 'static,
1278     {
1279         if (*self).is::<T>() {
1280             let ptr = self.ptr.cast::<ArcInner<T>>();
1281             mem::forget(self);
1282             Ok(Arc::from_inner(ptr))
1283         } else {
1284             Err(self)
1285         }
1286     }
1287 }
1288
1289 impl<T> Weak<T> {
1290     /// Constructs a new `Weak<T>`, without allocating any memory.
1291     /// Calling [`upgrade`] on the return value always gives [`None`].
1292     ///
1293     /// [`upgrade`]: struct.Weak.html#method.upgrade
1294     /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
1295     ///
1296     /// # Examples
1297     ///
1298     /// ```
1299     /// use std::sync::Weak;
1300     ///
1301     /// let empty: Weak<i64> = Weak::new();
1302     /// assert!(empty.upgrade().is_none());
1303     /// ```
1304     #[stable(feature = "downgraded_weak", since = "1.10.0")]
1305     pub fn new() -> Weak<T> {
1306         Weak { ptr: NonNull::new(usize::MAX as *mut ArcInner<T>).expect("MAX is not 0") }
1307     }
1308
1309     /// Returns a raw pointer to the object `T` pointed to by this `Weak<T>`.
1310     ///
1311     /// The pointer is valid only if there are some strong references. The pointer may be dangling
1312     /// or even [`null`] otherwise.
1313     ///
1314     /// # Examples
1315     ///
1316     /// ```
1317     /// #![feature(weak_into_raw)]
1318     ///
1319     /// use std::sync::Arc;
1320     /// use std::ptr;
1321     ///
1322     /// let strong = Arc::new("hello".to_owned());
1323     /// let weak = Arc::downgrade(&strong);
1324     /// // Both point to the same object
1325     /// assert!(ptr::eq(&*strong, weak.as_raw()));
1326     /// // The strong here keeps it alive, so we can still access the object.
1327     /// assert_eq!("hello", unsafe { &*weak.as_raw() });
1328     ///
1329     /// drop(strong);
1330     /// // But not any more. We can do weak.as_raw(), but accessing the pointer would lead to
1331     /// // undefined behaviour.
1332     /// // assert_eq!("hello", unsafe { &*weak.as_raw() });
1333     /// ```
1334     ///
1335     /// [`null`]: ../../std/ptr/fn.null.html
1336     #[unstable(feature = "weak_into_raw", issue = "60728")]
1337     pub fn as_raw(&self) -> *const T {
1338         match self.inner() {
1339             None => ptr::null(),
1340             Some(inner) => {
1341                 let offset = data_offset_sized::<T>();
1342                 let ptr = inner as *const ArcInner<T>;
1343                 // Note: while the pointer we create may already point to dropped value, the
1344                 // allocation still lives (it must hold the weak point as long as we are alive).
1345                 // Therefore, the offset is OK to do, it won't get out of the allocation.
1346                 let ptr = unsafe { (ptr as *const u8).offset(offset) };
1347                 ptr as *const T
1348             }
1349         }
1350     }
1351
1352     /// Consumes the `Weak<T>` and turns it into a raw pointer.
1353     ///
1354     /// This converts the weak pointer into a raw pointer, preserving the original weak count. It
1355     /// can be turned back into the `Weak<T>` with [`from_raw`].
1356     ///
1357     /// The same restrictions of accessing the target of the pointer as with
1358     /// [`as_raw`] apply.
1359     ///
1360     /// # Examples
1361     ///
1362     /// ```
1363     /// #![feature(weak_into_raw)]
1364     ///
1365     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1366     ///
1367     /// let strong = Arc::new("hello".to_owned());
1368     /// let weak = Arc::downgrade(&strong);
1369     /// let raw = weak.into_raw();
1370     ///
1371     /// assert_eq!(1, Arc::weak_count(&strong));
1372     /// assert_eq!("hello", unsafe { &*raw });
1373     ///
1374     /// drop(unsafe { Weak::from_raw(raw) });
1375     /// assert_eq!(0, Arc::weak_count(&strong));
1376     /// ```
1377     ///
1378     /// [`from_raw`]: struct.Weak.html#method.from_raw
1379     /// [`as_raw`]: struct.Weak.html#method.as_raw
1380     #[unstable(feature = "weak_into_raw", issue = "60728")]
1381     pub fn into_raw(self) -> *const T {
1382         let result = self.as_raw();
1383         mem::forget(self);
1384         result
1385     }
1386
1387     /// Converts a raw pointer previously created by [`into_raw`] back into
1388     /// `Weak<T>`.
1389     ///
1390     /// This can be used to safely get a strong reference (by calling [`upgrade`]
1391     /// later) or to deallocate the weak count by dropping the `Weak<T>`.
1392     ///
1393     /// It takes ownership of one weak count (with the exception of pointers created by [`new`],
1394     /// as these don't have any corresponding weak count).
1395     ///
1396     /// # Safety
1397     ///
1398     /// The pointer must have originated from the [`into_raw`] (or [`as_raw'], provided there was
1399     /// a corresponding [`forget`] on the `Weak<T>`) and must still own its potential weak reference
1400     /// count.
1401     ///
1402     /// It is allowed for the strong count to be 0 at the time of calling this, but the weak count
1403     /// must be non-zero or the pointer must have originated from a dangling `Weak<T>` (one created
1404     /// by [`new`]).
1405     ///
1406     /// # Examples
1407     ///
1408     /// ```
1409     /// #![feature(weak_into_raw)]
1410     ///
1411     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1412     ///
1413     /// let strong = Arc::new("hello".to_owned());
1414     ///
1415     /// let raw_1 = Arc::downgrade(&strong).into_raw();
1416     /// let raw_2 = Arc::downgrade(&strong).into_raw();
1417     ///
1418     /// assert_eq!(2, Arc::weak_count(&strong));
1419     ///
1420     /// assert_eq!("hello", &*unsafe { Weak::from_raw(raw_1) }.upgrade().unwrap());
1421     /// assert_eq!(1, Arc::weak_count(&strong));
1422     ///
1423     /// drop(strong);
1424     ///
1425     /// // Decrement the last weak count.
1426     /// assert!(unsafe { Weak::from_raw(raw_2) }.upgrade().is_none());
1427     /// ```
1428     ///
1429     /// [`as_raw`]: struct.Weak.html#method.as_raw
1430     /// [`new`]: struct.Weak.html#method.new
1431     /// [`into_raw`]: struct.Weak.html#method.into_raw
1432     /// [`upgrade`]: struct.Weak.html#method.upgrade
1433     /// [`Weak`]: struct.Weak.html
1434     /// [`Arc`]: struct.Arc.html
1435     /// [`forget`]: ../../std/mem/fn.forget.html
1436     #[unstable(feature = "weak_into_raw", issue = "60728")]
1437     pub unsafe fn from_raw(ptr: *const T) -> Self {
1438         if ptr.is_null() {
1439             Self::new()
1440         } else {
1441             // See Arc::from_raw for details
1442             let offset = data_offset(ptr);
1443             let fake_ptr = ptr as *mut ArcInner<T>;
1444             let ptr = set_data_ptr(fake_ptr, (ptr as *mut u8).offset(-offset));
1445             Weak { ptr: NonNull::new(ptr).expect("Invalid pointer passed to from_raw") }
1446         }
1447     }
1448 }
1449
1450 impl<T: ?Sized> Weak<T> {
1451     /// Attempts to upgrade the `Weak` pointer to an [`Arc`], delaying
1452     /// dropping of the inner value if successful.
1453     ///
1454     /// Returns [`None`] if the inner value has since been dropped.
1455     ///
1456     /// [`Arc`]: struct.Arc.html
1457     /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
1458     ///
1459     /// # Examples
1460     ///
1461     /// ```
1462     /// use std::sync::Arc;
1463     ///
1464     /// let five = Arc::new(5);
1465     ///
1466     /// let weak_five = Arc::downgrade(&five);
1467     ///
1468     /// let strong_five: Option<Arc<_>> = weak_five.upgrade();
1469     /// assert!(strong_five.is_some());
1470     ///
1471     /// // Destroy all strong pointers.
1472     /// drop(strong_five);
1473     /// drop(five);
1474     ///
1475     /// assert!(weak_five.upgrade().is_none());
1476     /// ```
1477     #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
1478     pub fn upgrade(&self) -> Option<Arc<T>> {
1479         // We use a CAS loop to increment the strong count instead of a
1480         // fetch_add because once the count hits 0 it must never be above 0.
1481         let inner = self.inner()?;
1482
1483         // Relaxed load because any write of 0 that we can observe
1484         // leaves the field in a permanently zero state (so a
1485         // "stale" read of 0 is fine), and any other value is
1486         // confirmed via the CAS below.
1487         let mut n = inner.strong.load(Relaxed);
1488
1489         loop {
1490             if n == 0 {
1491                 return None;
1492             }
1493
1494             // See comments in `Arc::clone` for why we do this (for `mem::forget`).
1495             if n > MAX_REFCOUNT {
1496                 unsafe {
1497                     abort();
1498                 }
1499             }
1500
1501             // Relaxed is valid for the same reason it is on Arc's Clone impl
1502             match inner.strong.compare_exchange_weak(n, n + 1, Relaxed, Relaxed) {
1503                 Ok(_) => return Some(Arc::from_inner(self.ptr)), // null checked above
1504                 Err(old) => n = old,
1505             }
1506         }
1507     }
1508
1509     /// Gets the number of strong (`Arc`) pointers pointing to this allocation.
1510     ///
1511     /// If `self` was created using [`Weak::new`], this will return 0.
1512     ///
1513     /// [`Weak::new`]: #method.new
1514     #[stable(feature = "weak_counts", since = "1.41.0")]
1515     pub fn strong_count(&self) -> usize {
1516         if let Some(inner) = self.inner() { inner.strong.load(SeqCst) } else { 0 }
1517     }
1518
1519     /// Gets an approximation of the number of `Weak` pointers pointing to this
1520     /// allocation.
1521     ///
1522     /// If `self` was created using [`Weak::new`], or if there are no remaining
1523     /// strong pointers, this will return 0.
1524     ///
1525     /// # Accuracy
1526     ///
1527     /// Due to implementation details, the returned value can be off by 1 in
1528     /// either direction when other threads are manipulating any `Arc`s or
1529     /// `Weak`s pointing to the same allocation.
1530     ///
1531     /// [`Weak::new`]: #method.new
1532     #[stable(feature = "weak_counts", since = "1.41.0")]
1533     pub fn weak_count(&self) -> usize {
1534         self.inner()
1535             .map(|inner| {
1536                 let weak = inner.weak.load(SeqCst);
1537                 let strong = inner.strong.load(SeqCst);
1538                 if strong == 0 {
1539                     0
1540                 } else {
1541                     // Since we observed that there was at least one strong pointer
1542                     // after reading the weak count, we know that the implicit weak
1543                     // reference (present whenever any strong references are alive)
1544                     // was still around when we observed the weak count, and can
1545                     // therefore safely subtract it.
1546                     weak - 1
1547                 }
1548             })
1549             .unwrap_or(0)
1550     }
1551
1552     /// Returns `None` when the pointer is dangling and there is no allocated `ArcInner`,
1553     /// (i.e., when this `Weak` was created by `Weak::new`).
1554     #[inline]
1555     fn inner(&self) -> Option<&ArcInner<T>> {
1556         if is_dangling(self.ptr) { None } else { Some(unsafe { self.ptr.as_ref() }) }
1557     }
1558
1559     /// Returns `true` if the two `Weak`s point to the same allocation (similar to
1560     /// [`ptr::eq`]), or if both don't point to any allocation
1561     /// (because they were created with `Weak::new()`).
1562     ///
1563     /// # Notes
1564     ///
1565     /// Since this compares pointers it means that `Weak::new()` will equal each
1566     /// other, even though they don't point to any allocation.
1567     ///
1568     /// # Examples
1569     ///
1570     /// ```
1571     /// use std::sync::Arc;
1572     ///
1573     /// let first_rc = Arc::new(5);
1574     /// let first = Arc::downgrade(&first_rc);
1575     /// let second = Arc::downgrade(&first_rc);
1576     ///
1577     /// assert!(first.ptr_eq(&second));
1578     ///
1579     /// let third_rc = Arc::new(5);
1580     /// let third = Arc::downgrade(&third_rc);
1581     ///
1582     /// assert!(!first.ptr_eq(&third));
1583     /// ```
1584     ///
1585     /// Comparing `Weak::new`.
1586     ///
1587     /// ```
1588     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1589     ///
1590     /// let first = Weak::new();
1591     /// let second = Weak::new();
1592     /// assert!(first.ptr_eq(&second));
1593     ///
1594     /// let third_rc = Arc::new(());
1595     /// let third = Arc::downgrade(&third_rc);
1596     /// assert!(!first.ptr_eq(&third));
1597     /// ```
1598     ///
1599     /// [`ptr::eq`]: ../../std/ptr/fn.eq.html
1600     #[inline]
1601     #[stable(feature = "weak_ptr_eq", since = "1.39.0")]
1602     pub fn ptr_eq(&self, other: &Self) -> bool {
1603         self.ptr.as_ptr() == other.ptr.as_ptr()
1604     }
1605 }
1606
1607 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
1608 impl<T: ?Sized> Clone for Weak<T> {
1609     /// Makes a clone of the `Weak` pointer that points to the same allocation.
1610     ///
1611     /// # Examples
1612     ///
1613     /// ```
1614     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1615     ///
1616     /// let weak_five = Arc::downgrade(&Arc::new(5));
1617     ///
1618     /// let _ = Weak::clone(&weak_five);
1619     /// ```
1620     #[inline]
1621     fn clone(&self) -> Weak<T> {
1622         let inner = if let Some(inner) = self.inner() {
1623             inner
1624         } else {
1625             return Weak { ptr: self.ptr };
1626         };
1627         // See comments in Arc::clone() for why this is relaxed.  This can use a
1628         // fetch_add (ignoring the lock) because the weak count is only locked
1629         // where are *no other* weak pointers in existence. (So we can't be
1630         // running this code in that case).
1631         let old_size = inner.weak.fetch_add(1, Relaxed);
1632
1633         // See comments in Arc::clone() for why we do this (for mem::forget).
1634         if old_size > MAX_REFCOUNT {
1635             unsafe {
1636                 abort();
1637             }
1638         }
1639
1640         Weak { ptr: self.ptr }
1641     }
1642 }
1643
1644 #[stable(feature = "downgraded_weak", since = "1.10.0")]
1645 impl<T> Default for Weak<T> {
1646     /// Constructs a new `Weak<T>`, without allocating memory.
1647     /// Calling [`upgrade`] on the return value always
1648     /// gives [`None`].
1649     ///
1650     /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
1651     /// [`upgrade`]: ../../std/sync/struct.Weak.html#method.upgrade
1652     ///
1653     /// # Examples
1654     ///
1655     /// ```
1656     /// use std::sync::Weak;
1657     ///
1658     /// let empty: Weak<i64> = Default::default();
1659     /// assert!(empty.upgrade().is_none());
1660     /// ```
1661     fn default() -> Weak<T> {
1662         Weak::new()
1663     }
1664 }
1665
1666 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
1667 impl<T: ?Sized> Drop for Weak<T> {
1668     /// Drops the `Weak` pointer.
1669     ///
1670     /// # Examples
1671     ///
1672     /// ```
1673     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1674     ///
1675     /// struct Foo;
1676     ///
1677     /// impl Drop for Foo {
1678     ///     fn drop(&mut self) {
1679     ///         println!("dropped!");
1680     ///     }
1681     /// }
1682     ///
1683     /// let foo = Arc::new(Foo);
1684     /// let weak_foo = Arc::downgrade(&foo);
1685     /// let other_weak_foo = Weak::clone(&weak_foo);
1686     ///
1687     /// drop(weak_foo);   // Doesn't print anything
1688     /// drop(foo);        // Prints "dropped!"
1689     ///
1690     /// assert!(other_weak_foo.upgrade().is_none());
1691     /// ```
1692     fn drop(&mut self) {
1693         // If we find out that we were the last weak pointer, then its time to
1694         // deallocate the data entirely. See the discussion in Arc::drop() about
1695         // the memory orderings
1696         //
1697         // It's not necessary to check for the locked state here, because the
1698         // weak count can only be locked if there was precisely one weak ref,
1699         // meaning that drop could only subsequently run ON that remaining weak
1700         // ref, which can only happen after the lock is released.
1701         let inner = if let Some(inner) = self.inner() { inner } else { return };
1702
1703         if inner.weak.fetch_sub(1, Release) == 1 {
1704             atomic::fence(Acquire);
1705             unsafe { Global.dealloc(self.ptr.cast(), Layout::for_value(self.ptr.as_ref())) }
1706         }
1707     }
1708 }
1709
1710 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1711 trait ArcEqIdent<T: ?Sized + PartialEq> {
1712     fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool;
1713     fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool;
1714 }
1715
1716 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1717 impl<T: ?Sized + PartialEq> ArcEqIdent<T> for Arc<T> {
1718     #[inline]
1719     default fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1720         **self == **other
1721     }
1722     #[inline]
1723     default fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1724         **self != **other
1725     }
1726 }
1727
1728 /// We're doing this specialization here, and not as a more general optimization on `&T`, because it
1729 /// would otherwise add a cost to all equality checks on refs. We assume that `Arc`s are used to
1730 /// store large values, that are slow to clone, but also heavy to check for equality, causing this
1731 /// cost to pay off more easily. It's also more likely to have two `Arc` clones, that point to
1732 /// the same value, than two `&T`s.
1733 ///
1734 /// We can only do this when `T: Eq` as a `PartialEq` might be deliberately irreflexive.
1735 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1736 impl<T: ?Sized + Eq> ArcEqIdent<T> for Arc<T> {
1737     #[inline]
1738     fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1739         Arc::ptr_eq(self, other) || **self == **other
1740     }
1741
1742     #[inline]
1743     fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1744         !Arc::ptr_eq(self, other) && **self != **other
1745     }
1746 }
1747
1748 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1749 impl<T: ?Sized + PartialEq> PartialEq for Arc<T> {
1750     /// Equality for two `Arc`s.
1751     ///
1752     /// Two `Arc`s are equal if their inner values are equal, even if they are
1753     /// stored in different allocation.
1754     ///
1755     /// If `T` also implements `Eq` (implying reflexivity of equality),
1756     /// two `Arc`s that point to the same allocation are always equal.
1757     ///
1758     /// # Examples
1759     ///
1760     /// ```
1761     /// use std::sync::Arc;
1762     ///
1763     /// let five = Arc::new(5);
1764     ///
1765     /// assert!(five == Arc::new(5));
1766     /// ```
1767     #[inline]
1768     fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1769         ArcEqIdent::eq(self, other)
1770     }
1771
1772     /// Inequality for two `Arc`s.
1773     ///
1774     /// Two `Arc`s are unequal if their inner values are unequal.
1775     ///
1776     /// If `T` also implements `Eq` (implying reflexivity of equality),
1777     /// two `Arc`s that point to the same value are never unequal.
1778     ///
1779     /// # Examples
1780     ///
1781     /// ```
1782     /// use std::sync::Arc;
1783     ///
1784     /// let five = Arc::new(5);
1785     ///
1786     /// assert!(five != Arc::new(6));
1787     /// ```
1788     #[inline]
1789     fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1790         ArcEqIdent::ne(self, other)
1791     }
1792 }
1793
1794 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1795 impl<T: ?Sized + PartialOrd> PartialOrd for Arc<T> {
1796     /// Partial comparison for two `Arc`s.
1797     ///
1798     /// The two are compared by calling `partial_cmp()` on their inner values.
1799     ///
1800     /// # Examples
1801     ///
1802     /// ```
1803     /// use std::sync::Arc;
1804     /// use std::cmp::Ordering;
1805     ///
1806     /// let five = Arc::new(5);
1807     ///
1808     /// assert_eq!(Some(Ordering::Less), five.partial_cmp(&Arc::new(6)));
1809     /// ```
1810     fn partial_cmp(&self, other: &Arc<T>) -> Option<Ordering> {
1811         (**self).partial_cmp(&**other)
1812     }
1813
1814     /// Less-than comparison for two `Arc`s.
1815     ///
1816     /// The two are compared by calling `<` on their inner values.
1817     ///
1818     /// # Examples
1819     ///
1820     /// ```
1821     /// use std::sync::Arc;
1822     ///
1823     /// let five = Arc::new(5);
1824     ///
1825     /// assert!(five < Arc::new(6));
1826     /// ```
1827     fn lt(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1828         *(*self) < *(*other)
1829     }
1830
1831     /// 'Less than or equal to' comparison for two `Arc`s.
1832     ///
1833     /// The two are compared by calling `<=` on their inner values.
1834     ///
1835     /// # Examples
1836     ///
1837     /// ```
1838     /// use std::sync::Arc;
1839     ///
1840     /// let five = Arc::new(5);
1841     ///
1842     /// assert!(five <= Arc::new(5));
1843     /// ```
1844     fn le(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1845         *(*self) <= *(*other)
1846     }
1847
1848     /// Greater-than comparison for two `Arc`s.
1849     ///
1850     /// The two are compared by calling `>` on their inner values.
1851     ///
1852     /// # Examples
1853     ///
1854     /// ```
1855     /// use std::sync::Arc;
1856     ///
1857     /// let five = Arc::new(5);
1858     ///
1859     /// assert!(five > Arc::new(4));
1860     /// ```
1861     fn gt(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1862         *(*self) > *(*other)
1863     }
1864
1865     /// 'Greater than or equal to' comparison for two `Arc`s.
1866     ///
1867     /// The two are compared by calling `>=` on their inner values.
1868     ///
1869     /// # Examples
1870     ///
1871     /// ```
1872     /// use std::sync::Arc;
1873     ///
1874     /// let five = Arc::new(5);
1875     ///
1876     /// assert!(five >= Arc::new(5));
1877     /// ```
1878     fn ge(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1879         *(*self) >= *(*other)
1880     }
1881 }
1882 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1883 impl<T: ?Sized + Ord> Ord for Arc<T> {
1884     /// Comparison for two `Arc`s.
1885     ///
1886     /// The two are compared by calling `cmp()` on their inner values.
1887     ///
1888     /// # Examples
1889     ///
1890     /// ```
1891     /// use std::sync::Arc;
1892     /// use std::cmp::Ordering;
1893     ///
1894     /// let five = Arc::new(5);
1895     ///
1896     /// assert_eq!(Ordering::Less, five.cmp(&Arc::new(6)));
1897     /// ```
1898     fn cmp(&self, other: &Arc<T>) -> Ordering {
1899         (**self).cmp(&**other)
1900     }
1901 }
1902 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1903 impl<T: ?Sized + Eq> Eq for Arc<T> {}
1904
1905 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1906 impl<T: ?Sized + fmt::Display> fmt::Display for Arc<T> {
1907     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1908         fmt::Display::fmt(&**self, f)
1909     }
1910 }
1911
1912 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1913 impl<T: ?Sized + fmt::Debug> fmt::Debug for Arc<T> {
1914     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1915         fmt::Debug::fmt(&**self, f)
1916     }
1917 }
1918
1919 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1920 impl<T: ?Sized> fmt::Pointer for Arc<T> {
1921     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1922         fmt::Pointer::fmt(&(&**self as *const T), f)
1923     }
1924 }
1925
1926 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1927 impl<T: Default> Default for Arc<T> {
1928     /// Creates a new `Arc<T>`, with the `Default` value for `T`.
1929     ///
1930     /// # Examples
1931     ///
1932     /// ```
1933     /// use std::sync::Arc;
1934     ///
1935     /// let x: Arc<i32> = Default::default();
1936     /// assert_eq!(*x, 0);
1937     /// ```
1938     fn default() -> Arc<T> {
1939         Arc::new(Default::default())
1940     }
1941 }
1942
1943 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1944 impl<T: ?Sized + Hash> Hash for Arc<T> {
1945     fn hash<H: Hasher>(&self, state: &mut H) {
1946         (**self).hash(state)
1947     }
1948 }
1949
1950 #[stable(feature = "from_for_ptrs", since = "1.6.0")]
1951 impl<T> From<T> for Arc<T> {
1952     fn from(t: T) -> Self {
1953         Arc::new(t)
1954     }
1955 }
1956
1957 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1958 impl<T: Clone> From<&[T]> for Arc<[T]> {
1959     #[inline]
1960     fn from(v: &[T]) -> Arc<[T]> {
1961         <Self as ArcFromSlice<T>>::from_slice(v)
1962     }
1963 }
1964
1965 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1966 impl From<&str> for Arc<str> {
1967     #[inline]
1968     fn from(v: &str) -> Arc<str> {
1969         let arc = Arc::<[u8]>::from(v.as_bytes());
1970         unsafe { Arc::from_raw(Arc::into_raw(arc) as *const str) }
1971     }
1972 }
1973
1974 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1975 impl From<String> for Arc<str> {
1976     #[inline]
1977     fn from(v: String) -> Arc<str> {
1978         Arc::from(&v[..])
1979     }
1980 }
1981
1982 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1983 impl<T: ?Sized> From<Box<T>> for Arc<T> {
1984     #[inline]
1985     fn from(v: Box<T>) -> Arc<T> {
1986         Arc::from_box(v)
1987     }
1988 }
1989
1990 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1991 impl<T> From<Vec<T>> for Arc<[T]> {
1992     #[inline]
1993     fn from(mut v: Vec<T>) -> Arc<[T]> {
1994         unsafe {
1995             let arc = Arc::copy_from_slice(&v);
1996
1997             // Allow the Vec to free its memory, but not destroy its contents
1998             v.set_len(0);
1999
2000             arc
2001         }
2002     }
2003 }
2004
2005 #[unstable(feature = "boxed_slice_try_from", issue = "none")]
2006 impl<T, const N: usize> TryFrom<Arc<[T]>> for Arc<[T; N]>
2007 where
2008     [T; N]: LengthAtMost32,
2009 {
2010     type Error = Arc<[T]>;
2011
2012     fn try_from(boxed_slice: Arc<[T]>) -> Result<Self, Self::Error> {
2013         if boxed_slice.len() == N {
2014             Ok(unsafe { Arc::from_raw(Arc::into_raw(boxed_slice) as *mut [T; N]) })
2015         } else {
2016             Err(boxed_slice)
2017         }
2018     }
2019 }
2020
2021 #[stable(feature = "shared_from_iter", since = "1.37.0")]
2022 impl<T> iter::FromIterator<T> for Arc<[T]> {
2023     /// Takes each element in the `Iterator` and collects it into an `Arc<[T]>`.
2024     ///
2025     /// # Performance characteristics
2026     ///
2027     /// ## The general case
2028     ///
2029     /// In the general case, collecting into `Arc<[T]>` is done by first
2030     /// collecting into a `Vec<T>`. That is, when writing the following:
2031     ///
2032     /// ```rust
2033     /// # use std::sync::Arc;
2034     /// let evens: Arc<[u8]> = (0..10).filter(|&x| x % 2 == 0).collect();
2035     /// # assert_eq!(&*evens, &[0, 2, 4, 6, 8]);
2036     /// ```
2037     ///
2038     /// this behaves as if we wrote:
2039     ///
2040     /// ```rust
2041     /// # use std::sync::Arc;
2042     /// let evens: Arc<[u8]> = (0..10).filter(|&x| x % 2 == 0)
2043     ///     .collect::<Vec<_>>() // The first set of allocations happens here.
2044     ///     .into(); // A second allocation for `Arc<[T]>` happens here.
2045     /// # assert_eq!(&*evens, &[0, 2, 4, 6, 8]);
2046     /// ```
2047     ///
2048     /// This will allocate as many times as needed for constructing the `Vec<T>`
2049     /// and then it will allocate once for turning the `Vec<T>` into the `Arc<[T]>`.
2050     ///
2051     /// ## Iterators of known length
2052     ///
2053     /// When your `Iterator` implements `TrustedLen` and is of an exact size,
2054     /// a single allocation will be made for the `Arc<[T]>`. For example:
2055     ///
2056     /// ```rust
2057     /// # use std::sync::Arc;
2058     /// let evens: Arc<[u8]> = (0..10).collect(); // Just a single allocation happens here.
2059     /// # assert_eq!(&*evens, &*(0..10).collect::<Vec<_>>());
2060     /// ```
2061     fn from_iter<I: iter::IntoIterator<Item = T>>(iter: I) -> Self {
2062         ArcFromIter::from_iter(iter.into_iter())
2063     }
2064 }
2065
2066 /// Specialization trait used for collecting into `Arc<[T]>`.
2067 trait ArcFromIter<T, I> {
2068     fn from_iter(iter: I) -> Self;
2069 }
2070
2071 impl<T, I: Iterator<Item = T>> ArcFromIter<T, I> for Arc<[T]> {
2072     default fn from_iter(iter: I) -> Self {
2073         iter.collect::<Vec<T>>().into()
2074     }
2075 }
2076
2077 impl<T, I: iter::TrustedLen<Item = T>> ArcFromIter<T, I> for Arc<[T]> {
2078     default fn from_iter(iter: I) -> Self {
2079         // This is the case for a `TrustedLen` iterator.
2080         let (low, high) = iter.size_hint();
2081         if let Some(high) = high {
2082             debug_assert_eq!(
2083                 low,
2084                 high,
2085                 "TrustedLen iterator's size hint is not exact: {:?}",
2086                 (low, high)
2087             );
2088
2089             unsafe {
2090                 // SAFETY: We need to ensure that the iterator has an exact length and we have.
2091                 Arc::from_iter_exact(iter, low)
2092             }
2093         } else {
2094             // Fall back to normal implementation.
2095             iter.collect::<Vec<T>>().into()
2096         }
2097     }
2098 }
2099
2100 impl<'a, T: 'a + Clone> ArcFromIter<&'a T, slice::Iter<'a, T>> for Arc<[T]> {
2101     fn from_iter(iter: slice::Iter<'a, T>) -> Self {
2102         // Delegate to `impl<T: Clone> From<&[T]> for Arc<[T]>`.
2103         //
2104         // In the case that `T: Copy`, we get to use `ptr::copy_nonoverlapping`
2105         // which is even more performant.
2106         //
2107         // In the fall-back case we have `T: Clone`. This is still better
2108         // than the `TrustedLen` implementation as slices have a known length
2109         // and so we get to avoid calling `size_hint` and avoid the branching.
2110         iter.as_slice().into()
2111     }
2112 }
2113
2114 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2115 impl<T: ?Sized> borrow::Borrow<T> for Arc<T> {
2116     fn borrow(&self) -> &T {
2117         &**self
2118     }
2119 }
2120
2121 #[stable(since = "1.5.0", feature = "smart_ptr_as_ref")]
2122 impl<T: ?Sized> AsRef<T> for Arc<T> {
2123     fn as_ref(&self) -> &T {
2124         &**self
2125     }
2126 }
2127
2128 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
2129 impl<T: ?Sized> Unpin for Arc<T> {}
2130
2131 /// Computes the offset of the data field within `ArcInner`.
2132 unsafe fn data_offset<T: ?Sized>(ptr: *const T) -> isize {
2133     // Align the unsized value to the end of the `ArcInner`.
2134     // Because it is `?Sized`, it will always be the last field in memory.
2135     // Note: This is a detail of the current implementation of the compiler,
2136     // and is not a guaranteed language detail. Do not rely on it outside of std.
2137     data_offset_align(align_of_val(&*ptr))
2138 }
2139
2140 /// Computes the offset of the data field within `ArcInner`.
2141 ///
2142 /// Unlike [`data_offset`], this doesn't need the pointer, but it works only on `T: Sized`.
2143 fn data_offset_sized<T>() -> isize {
2144     data_offset_align(align_of::<T>())
2145 }
2146
2147 #[inline]
2148 fn data_offset_align(align: usize) -> isize {
2149     let layout = Layout::new::<ArcInner<()>>();
2150     (layout.size() + layout.padding_needed_for(align)) as isize
2151 }