]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/liballoc/sync.rs
Rollup merge of #74783 - jnozsc:python_cleanup, r=Mark-Simulacrum
[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::borrow;
11 use core::cmp::Ordering;
12 use core::convert::{From, TryFrom};
13 use core::fmt;
14 use core::hash::{Hash, Hasher};
15 use core::intrinsics::abort;
16 use core::iter;
17 use core::marker::{PhantomData, Unpin, Unsize};
18 use core::mem::{self, align_of_val, size_of_val};
19 use core::ops::{CoerceUnsized, Deref, DispatchFromDyn, Receiver};
20 use core::pin::Pin;
21 use core::ptr::{self, NonNull};
22 use core::slice::from_raw_parts_mut;
23 use core::sync::atomic;
24 use core::sync::atomic::Ordering::{Acquire, Relaxed, Release, SeqCst};
25
26 use crate::alloc::{box_free, handle_alloc_error, AllocInit, AllocRef, Global, Layout};
27 use crate::borrow::{Cow, ToOwned};
28 use crate::boxed::Box;
29 use crate::rc::is_dangling;
30 use crate::string::String;
31 use crate::vec::Vec;
32
33 #[cfg(test)]
34 mod tests;
35
36 /// A soft limit on the amount of references that may be made to an `Arc`.
37 ///
38 /// Going above this limit will abort your program (although not
39 /// necessarily) at _exactly_ `MAX_REFCOUNT + 1` references.
40 const MAX_REFCOUNT: usize = (isize::MAX) as usize;
41
42 #[cfg(not(sanitize = "thread"))]
43 macro_rules! acquire {
44     ($x:expr) => {
45         atomic::fence(Acquire)
46     };
47 }
48
49 // ThreadSanitizer does not support memory fences. To avoid false positive
50 // reports in Arc / Weak implementation use atomic loads for synchronization
51 // instead.
52 #[cfg(sanitize = "thread")]
53 macro_rules! acquire {
54     ($x:expr) => {
55         $x.load(Acquire)
56     };
57 }
58
59 /// A thread-safe reference-counting pointer. 'Arc' stands for 'Atomically
60 /// Reference Counted'.
61 ///
62 /// The type `Arc<T>` provides shared ownership of a value of type `T`,
63 /// allocated in the heap. Invoking [`clone`][clone] on `Arc` produces
64 /// a new `Arc` instance, which points to the same allocation on the heap as the
65 /// source `Arc`, while increasing a reference count. When the last `Arc`
66 /// pointer to a given allocation is destroyed, the value stored in that allocation (often
67 /// referred to as "inner value") is also dropped.
68 ///
69 /// Shared references in Rust disallow mutation by default, and `Arc` is no
70 /// exception: you cannot generally obtain a mutable reference to something
71 /// inside an `Arc`. If you need to mutate through an `Arc`, use
72 /// [`Mutex`][mutex], [`RwLock`][rwlock], or one of the [`Atomic`][atomic]
73 /// types.
74 ///
75 /// ## Thread Safety
76 ///
77 /// Unlike [`Rc<T>`], `Arc<T>` uses atomic operations for its reference
78 /// counting. This means that it is thread-safe. The disadvantage is that
79 /// atomic operations are more expensive than ordinary memory accesses. If you
80 /// are not sharing reference-counted allocations between threads, consider using
81 /// [`Rc<T>`] for lower overhead. [`Rc<T>`] is a safe default, because the
82 /// compiler will catch any attempt to send an [`Rc<T>`] between threads.
83 /// However, a library might choose `Arc<T>` in order to give library consumers
84 /// more flexibility.
85 ///
86 /// `Arc<T>` will implement [`Send`] and [`Sync`] as long as the `T` implements
87 /// [`Send`] and [`Sync`]. Why can't you put a non-thread-safe type `T` in an
88 /// `Arc<T>` to make it thread-safe? This may be a bit counter-intuitive at
89 /// first: after all, isn't the point of `Arc<T>` thread safety? The key is
90 /// this: `Arc<T>` makes it thread safe to have multiple ownership of the same
91 /// data, but it  doesn't add thread safety to its data. Consider
92 /// `Arc<`[`RefCell<T>`]`>`. [`RefCell<T>`] isn't [`Sync`], and if `Arc<T>` was always
93 /// [`Send`], `Arc<`[`RefCell<T>`]`>` would be as well. But then we'd have a problem:
94 /// [`RefCell<T>`] is not thread safe; it keeps track of the borrowing count using
95 /// non-atomic operations.
96 ///
97 /// In the end, this means that you may need to pair `Arc<T>` with some sort of
98 /// [`std::sync`] type, usually [`Mutex<T>`][mutex].
99 ///
100 /// ## Breaking cycles with `Weak`
101 ///
102 /// The [`downgrade`][downgrade] method can be used to create a non-owning
103 /// [`Weak`][weak] pointer. A [`Weak`][weak] pointer can be [`upgrade`][upgrade]d
104 /// to an `Arc`, but this will return [`None`] if the value stored in the allocation has
105 /// already been dropped. In other words, `Weak` pointers do not keep the value
106 /// inside the allocation alive; however, they *do* keep the allocation
107 /// (the backing store for the value) alive.
108 ///
109 /// A cycle between `Arc` pointers will never be deallocated. For this reason,
110 /// [`Weak`][weak] is used to break cycles. For example, a tree could have
111 /// strong `Arc` pointers from parent nodes to children, and [`Weak`][weak]
112 /// pointers from children back to their parents.
113 ///
114 /// # Cloning references
115 ///
116 /// Creating a new reference from an existing reference counted pointer is done using the
117 /// `Clone` trait implemented for [`Arc<T>`][arc] and [`Weak<T>`][weak].
118 ///
119 /// ```
120 /// use std::sync::Arc;
121 /// let foo = Arc::new(vec![1.0, 2.0, 3.0]);
122 /// // The two syntaxes below are equivalent.
123 /// let a = foo.clone();
124 /// let b = Arc::clone(&foo);
125 /// // a, b, and foo are all Arcs that point to the same memory location
126 /// ```
127 ///
128 /// ## `Deref` behavior
129 ///
130 /// `Arc<T>` automatically dereferences to `T` (via the [`Deref`][deref] trait),
131 /// so you can call `T`'s methods on a value of type `Arc<T>`. To avoid name
132 /// clashes with `T`'s methods, the methods of `Arc<T>` itself are associated
133 /// functions, called using function-like syntax:
134 ///
135 /// ```
136 /// use std::sync::Arc;
137 /// let my_arc = Arc::new(());
138 ///
139 /// Arc::downgrade(&my_arc);
140 /// ```
141 ///
142 /// [`Weak<T>`][weak] does not auto-dereference to `T`, because the inner value may have
143 /// already been dropped.
144 ///
145 /// [arc]: struct.Arc.html
146 /// [weak]: struct.Weak.html
147 /// [`Rc<T>`]: ../../std/rc/struct.Rc.html
148 /// [clone]: ../../std/clone/trait.Clone.html#tymethod.clone
149 /// [mutex]: ../../std/sync/struct.Mutex.html
150 /// [rwlock]: ../../std/sync/struct.RwLock.html
151 /// [atomic]: ../../std/sync/atomic/index.html
152 /// [`Send`]: ../../std/marker/trait.Send.html
153 /// [`Sync`]: ../../std/marker/trait.Sync.html
154 /// [deref]: ../../std/ops/trait.Deref.html
155 /// [downgrade]: struct.Arc.html#method.downgrade
156 /// [upgrade]: struct.Weak.html#method.upgrade
157 /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
158 /// [`RefCell<T>`]: ../../std/cell/struct.RefCell.html
159 /// [`std::sync`]: ../../std/sync/index.html
160 /// [`Arc::clone(&from)`]: #method.clone
161 ///
162 /// # Examples
163 ///
164 /// Sharing some immutable data between threads:
165 ///
166 // Note that we **do not** run these tests here. The windows builders get super
167 // unhappy if a thread outlives the main thread and then exits at the same time
168 // (something deadlocks) so we just avoid this entirely by not running these
169 // tests.
170 /// ```no_run
171 /// use std::sync::Arc;
172 /// use std::thread;
173 ///
174 /// let five = Arc::new(5);
175 ///
176 /// for _ in 0..10 {
177 ///     let five = Arc::clone(&five);
178 ///
179 ///     thread::spawn(move || {
180 ///         println!("{:?}", five);
181 ///     });
182 /// }
183 /// ```
184 ///
185 /// Sharing a mutable [`AtomicUsize`]:
186 ///
187 /// [`AtomicUsize`]: ../../std/sync/atomic/struct.AtomicUsize.html
188 ///
189 /// ```no_run
190 /// use std::sync::Arc;
191 /// use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
192 /// use std::thread;
193 ///
194 /// let val = Arc::new(AtomicUsize::new(5));
195 ///
196 /// for _ in 0..10 {
197 ///     let val = Arc::clone(&val);
198 ///
199 ///     thread::spawn(move || {
200 ///         let v = val.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
201 ///         println!("{:?}", v);
202 ///     });
203 /// }
204 /// ```
205 ///
206 /// See the [`rc` documentation][rc_examples] for more examples of reference
207 /// counting in general.
208 ///
209 /// [rc_examples]: ../../std/rc/index.html#examples
210 #[cfg_attr(not(test), rustc_diagnostic_item = "Arc")]
211 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
212 pub struct Arc<T: ?Sized> {
213     ptr: NonNull<ArcInner<T>>,
214     phantom: PhantomData<ArcInner<T>>,
215 }
216
217 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
218 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Send for Arc<T> {}
219 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
220 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Sync for Arc<T> {}
221
222 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
223 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Arc<U>> for Arc<T> {}
224
225 #[unstable(feature = "dispatch_from_dyn", issue = "none")]
226 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> DispatchFromDyn<Arc<U>> for Arc<T> {}
227
228 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
229     fn from_inner(ptr: NonNull<ArcInner<T>>) -> Self {
230         Self { ptr, phantom: PhantomData }
231     }
232
233     unsafe fn from_ptr(ptr: *mut ArcInner<T>) -> Self {
234         unsafe { Self::from_inner(NonNull::new_unchecked(ptr)) }
235     }
236 }
237
238 /// `Weak` is a version of [`Arc`] that holds a non-owning reference to the
239 /// managed allocation. The allocation is accessed by calling [`upgrade`] on the `Weak`
240 /// pointer, which returns an [`Option`]`<`[`Arc`]`<T>>`.
241 ///
242 /// Since a `Weak` reference does not count towards ownership, it will not
243 /// prevent the value stored in the allocation from being dropped, and `Weak` itself makes no
244 /// guarantees about the value still being present. Thus it may return [`None`]
245 /// when [`upgrade`]d. Note however that a `Weak` reference *does* prevent the allocation
246 /// itself (the backing store) from being deallocated.
247 ///
248 /// A `Weak` pointer is useful for keeping a temporary reference to the allocation
249 /// managed by [`Arc`] without preventing its inner value from being dropped. It is also used to
250 /// prevent circular references between [`Arc`] pointers, since mutual owning references
251 /// would never allow either [`Arc`] to be dropped. For example, a tree could
252 /// have strong [`Arc`] pointers from parent nodes to children, and `Weak`
253 /// pointers from children back to their parents.
254 ///
255 /// The typical way to obtain a `Weak` pointer is to call [`Arc::downgrade`].
256 ///
257 /// [`Arc`]: struct.Arc.html
258 /// [`Arc::downgrade`]: struct.Arc.html#method.downgrade
259 /// [`upgrade`]: struct.Weak.html#method.upgrade
260 /// [`Option`]: ../../std/option/enum.Option.html
261 /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
262 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
263 pub struct Weak<T: ?Sized> {
264     // This is a `NonNull` to allow optimizing the size of this type in enums,
265     // but it is not necessarily a valid pointer.
266     // `Weak::new` sets this to `usize::MAX` so that it doesn’t need
267     // to allocate space on the heap.  That's not a value a real pointer
268     // will ever have because RcBox has alignment at least 2.
269     // This is only possible when `T: Sized`; unsized `T` never dangle.
270     ptr: NonNull<ArcInner<T>>,
271 }
272
273 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
274 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Send for Weak<T> {}
275 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
276 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Sync for Weak<T> {}
277
278 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
279 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Weak<U>> for Weak<T> {}
280 #[unstable(feature = "dispatch_from_dyn", issue = "none")]
281 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> DispatchFromDyn<Weak<U>> for Weak<T> {}
282
283 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
284 impl<T: ?Sized + fmt::Debug> fmt::Debug for Weak<T> {
285     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
286         write!(f, "(Weak)")
287     }
288 }
289
290 // This is repr(C) to future-proof against possible field-reordering, which
291 // would interfere with otherwise safe [into|from]_raw() of transmutable
292 // inner types.
293 #[repr(C)]
294 struct ArcInner<T: ?Sized> {
295     strong: atomic::AtomicUsize,
296
297     // the value usize::MAX acts as a sentinel for temporarily "locking" the
298     // ability to upgrade weak pointers or downgrade strong ones; this is used
299     // to avoid races in `make_mut` and `get_mut`.
300     weak: atomic::AtomicUsize,
301
302     data: T,
303 }
304
305 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Send for ArcInner<T> {}
306 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Sync for ArcInner<T> {}
307
308 impl<T> Arc<T> {
309     /// Constructs a new `Arc<T>`.
310     ///
311     /// # Examples
312     ///
313     /// ```
314     /// use std::sync::Arc;
315     ///
316     /// let five = Arc::new(5);
317     /// ```
318     #[inline]
319     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
320     pub fn new(data: T) -> Arc<T> {
321         // Start the weak pointer count as 1 which is the weak pointer that's
322         // held by all the strong pointers (kinda), see std/rc.rs for more info
323         let x: Box<_> = box ArcInner {
324             strong: atomic::AtomicUsize::new(1),
325             weak: atomic::AtomicUsize::new(1),
326             data,
327         };
328         Self::from_inner(Box::leak(x).into())
329     }
330
331     /// Constructs a new `Arc` with uninitialized contents.
332     ///
333     /// # Examples
334     ///
335     /// ```
336     /// #![feature(new_uninit)]
337     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
338     ///
339     /// use std::sync::Arc;
340     ///
341     /// let mut five = Arc::<u32>::new_uninit();
342     ///
343     /// let five = unsafe {
344     ///     // Deferred initialization:
345     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut five).as_mut_ptr().write(5);
346     ///
347     ///     five.assume_init()
348     /// };
349     ///
350     /// assert_eq!(*five, 5)
351     /// ```
352     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
353     pub fn new_uninit() -> Arc<mem::MaybeUninit<T>> {
354         unsafe {
355             Arc::from_ptr(Arc::allocate_for_layout(Layout::new::<T>(), |mem| {
356                 mem as *mut ArcInner<mem::MaybeUninit<T>>
357             }))
358         }
359     }
360
361     /// Constructs a new `Arc` with uninitialized contents, with the memory
362     /// being filled with `0` bytes.
363     ///
364     /// See [`MaybeUninit::zeroed`][zeroed] for examples of correct and incorrect usage
365     /// of this method.
366     ///
367     /// # Examples
368     ///
369     /// ```
370     /// #![feature(new_uninit)]
371     ///
372     /// use std::sync::Arc;
373     ///
374     /// let zero = Arc::<u32>::new_zeroed();
375     /// let zero = unsafe { zero.assume_init() };
376     ///
377     /// assert_eq!(*zero, 0)
378     /// ```
379     ///
380     /// [zeroed]: ../../std/mem/union.MaybeUninit.html#method.zeroed
381     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
382     pub fn new_zeroed() -> Arc<mem::MaybeUninit<T>> {
383         unsafe {
384             let mut uninit = Self::new_uninit();
385             ptr::write_bytes::<T>(Arc::get_mut_unchecked(&mut uninit).as_mut_ptr(), 0, 1);
386             uninit
387         }
388     }
389
390     /// Constructs a new `Pin<Arc<T>>`. If `T` does not implement `Unpin`, then
391     /// `data` will be pinned in memory and unable to be moved.
392     #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
393     pub fn pin(data: T) -> Pin<Arc<T>> {
394         unsafe { Pin::new_unchecked(Arc::new(data)) }
395     }
396
397     /// Returns the inner value, if the `Arc` has exactly one strong reference.
398     ///
399     /// Otherwise, an [`Err`][result] is returned with the same `Arc` that was
400     /// passed in.
401     ///
402     /// This will succeed even if there are outstanding weak references.
403     ///
404     /// [result]: ../../std/result/enum.Result.html
405     ///
406     /// # Examples
407     ///
408     /// ```
409     /// use std::sync::Arc;
410     ///
411     /// let x = Arc::new(3);
412     /// assert_eq!(Arc::try_unwrap(x), Ok(3));
413     ///
414     /// let x = Arc::new(4);
415     /// let _y = Arc::clone(&x);
416     /// assert_eq!(*Arc::try_unwrap(x).unwrap_err(), 4);
417     /// ```
418     #[inline]
419     #[stable(feature = "arc_unique", since = "1.4.0")]
420     pub fn try_unwrap(this: Self) -> Result<T, Self> {
421         if this.inner().strong.compare_exchange(1, 0, Relaxed, Relaxed).is_err() {
422             return Err(this);
423         }
424
425         acquire!(this.inner().strong);
426
427         unsafe {
428             let elem = ptr::read(&this.ptr.as_ref().data);
429
430             // Make a weak pointer to clean up the implicit strong-weak reference
431             let _weak = Weak { ptr: this.ptr };
432             mem::forget(this);
433
434             Ok(elem)
435         }
436     }
437 }
438
439 impl<T> Arc<[T]> {
440     /// Constructs a new reference-counted slice with uninitialized contents.
441     ///
442     /// # Examples
443     ///
444     /// ```
445     /// #![feature(new_uninit)]
446     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
447     ///
448     /// use std::sync::Arc;
449     ///
450     /// let mut values = Arc::<[u32]>::new_uninit_slice(3);
451     ///
452     /// let values = unsafe {
453     ///     // Deferred initialization:
454     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[0].as_mut_ptr().write(1);
455     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[1].as_mut_ptr().write(2);
456     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[2].as_mut_ptr().write(3);
457     ///
458     ///     values.assume_init()
459     /// };
460     ///
461     /// assert_eq!(*values, [1, 2, 3])
462     /// ```
463     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
464     pub fn new_uninit_slice(len: usize) -> Arc<[mem::MaybeUninit<T>]> {
465         unsafe { Arc::from_ptr(Arc::allocate_for_slice(len)) }
466     }
467 }
468
469 impl<T> Arc<mem::MaybeUninit<T>> {
470     /// Converts to `Arc<T>`.
471     ///
472     /// # Safety
473     ///
474     /// As with [`MaybeUninit::assume_init`],
475     /// it is up to the caller to guarantee that the inner value
476     /// really is in an initialized state.
477     /// Calling this when the content is not yet fully initialized
478     /// causes immediate undefined behavior.
479     ///
480     /// [`MaybeUninit::assume_init`]: ../../std/mem/union.MaybeUninit.html#method.assume_init
481     ///
482     /// # Examples
483     ///
484     /// ```
485     /// #![feature(new_uninit)]
486     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
487     ///
488     /// use std::sync::Arc;
489     ///
490     /// let mut five = Arc::<u32>::new_uninit();
491     ///
492     /// let five = unsafe {
493     ///     // Deferred initialization:
494     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut five).as_mut_ptr().write(5);
495     ///
496     ///     five.assume_init()
497     /// };
498     ///
499     /// assert_eq!(*five, 5)
500     /// ```
501     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
502     #[inline]
503     pub unsafe fn assume_init(self) -> Arc<T> {
504         Arc::from_inner(mem::ManuallyDrop::new(self).ptr.cast())
505     }
506 }
507
508 impl<T> Arc<[mem::MaybeUninit<T>]> {
509     /// Converts to `Arc<[T]>`.
510     ///
511     /// # Safety
512     ///
513     /// As with [`MaybeUninit::assume_init`],
514     /// it is up to the caller to guarantee that the inner value
515     /// really is in an initialized state.
516     /// Calling this when the content is not yet fully initialized
517     /// causes immediate undefined behavior.
518     ///
519     /// [`MaybeUninit::assume_init`]: ../../std/mem/union.MaybeUninit.html#method.assume_init
520     ///
521     /// # Examples
522     ///
523     /// ```
524     /// #![feature(new_uninit)]
525     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
526     ///
527     /// use std::sync::Arc;
528     ///
529     /// let mut values = Arc::<[u32]>::new_uninit_slice(3);
530     ///
531     /// let values = unsafe {
532     ///     // Deferred initialization:
533     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[0].as_mut_ptr().write(1);
534     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[1].as_mut_ptr().write(2);
535     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[2].as_mut_ptr().write(3);
536     ///
537     ///     values.assume_init()
538     /// };
539     ///
540     /// assert_eq!(*values, [1, 2, 3])
541     /// ```
542     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
543     #[inline]
544     pub unsafe fn assume_init(self) -> Arc<[T]> {
545         unsafe { Arc::from_ptr(mem::ManuallyDrop::new(self).ptr.as_ptr() as _) }
546     }
547 }
548
549 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
550     /// Consumes the `Arc`, returning the wrapped pointer.
551     ///
552     /// To avoid a memory leak the pointer must be converted back to an `Arc` using
553     /// [`Arc::from_raw`][from_raw].
554     ///
555     /// [from_raw]: struct.Arc.html#method.from_raw
556     ///
557     /// # Examples
558     ///
559     /// ```
560     /// use std::sync::Arc;
561     ///
562     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
563     /// let x_ptr = Arc::into_raw(x);
564     /// assert_eq!(unsafe { &*x_ptr }, "hello");
565     /// ```
566     #[stable(feature = "rc_raw", since = "1.17.0")]
567     pub fn into_raw(this: Self) -> *const T {
568         let ptr = Self::as_ptr(&this);
569         mem::forget(this);
570         ptr
571     }
572
573     /// Provides a raw pointer to the data.
574     ///
575     /// The counts are not affected in any way and the `Arc` is not consumed. The pointer is valid for
576     /// as long as there are strong counts in the `Arc`.
577     ///
578     /// # Examples
579     ///
580     /// ```
581     /// use std::sync::Arc;
582     ///
583     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
584     /// let y = Arc::clone(&x);
585     /// let x_ptr = Arc::as_ptr(&x);
586     /// assert_eq!(x_ptr, Arc::as_ptr(&y));
587     /// assert_eq!(unsafe { &*x_ptr }, "hello");
588     /// ```
589     #[stable(feature = "rc_as_ptr", since = "1.45.0")]
590     pub fn as_ptr(this: &Self) -> *const T {
591         let ptr: *mut ArcInner<T> = NonNull::as_ptr(this.ptr);
592
593         // SAFETY: This cannot go through Deref::deref or RcBoxPtr::inner because
594         // this is required to retain raw/mut provenance such that e.g. `get_mut` can
595         // write through the pointer after the Rc is recovered through `from_raw`.
596         unsafe { &raw const (*ptr).data }
597     }
598
599     /// Constructs an `Arc<T>` from a raw pointer.
600     ///
601     /// The raw pointer must have been previously returned by a call to
602     /// [`Arc<U>::into_raw`][into_raw] where `U` must have the same size and
603     /// alignment as `T`. This is trivially true if `U` is `T`.
604     /// Note that if `U` is not `T` but has the same size and alignment, this is
605     /// basically like transmuting references of different types. See
606     /// [`mem::transmute`][transmute] for more information on what
607     /// restrictions apply in this case.
608     ///
609     /// The user of `from_raw` has to make sure a specific value of `T` is only
610     /// dropped once.
611     ///
612     /// This function is unsafe because improper use may lead to memory unsafety,
613     /// even if the returned `Arc<T>` is never accessed.
614     ///
615     /// [into_raw]: struct.Arc.html#method.into_raw
616     /// [transmute]: ../../std/mem/fn.transmute.html
617     ///
618     /// # Examples
619     ///
620     /// ```
621     /// use std::sync::Arc;
622     ///
623     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
624     /// let x_ptr = Arc::into_raw(x);
625     ///
626     /// unsafe {
627     ///     // Convert back to an `Arc` to prevent leak.
628     ///     let x = Arc::from_raw(x_ptr);
629     ///     assert_eq!(&*x, "hello");
630     ///
631     ///     // Further calls to `Arc::from_raw(x_ptr)` would be memory-unsafe.
632     /// }
633     ///
634     /// // The memory was freed when `x` went out of scope above, so `x_ptr` is now dangling!
635     /// ```
636     #[stable(feature = "rc_raw", since = "1.17.0")]
637     pub unsafe fn from_raw(ptr: *const T) -> Self {
638         unsafe {
639             let offset = data_offset(ptr);
640
641             // Reverse the offset to find the original ArcInner.
642             let fake_ptr = ptr as *mut ArcInner<T>;
643             let arc_ptr = set_data_ptr(fake_ptr, (ptr as *mut u8).offset(-offset));
644
645             Self::from_ptr(arc_ptr)
646         }
647     }
648
649     /// Consumes the `Arc`, returning the wrapped pointer as `NonNull<T>`.
650     ///
651     /// # Examples
652     ///
653     /// ```
654     /// #![feature(rc_into_raw_non_null)]
655     /// #![allow(deprecated)]
656     ///
657     /// use std::sync::Arc;
658     ///
659     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
660     /// let ptr = Arc::into_raw_non_null(x);
661     /// let deref = unsafe { ptr.as_ref() };
662     /// assert_eq!(deref, "hello");
663     /// ```
664     #[unstable(feature = "rc_into_raw_non_null", issue = "47336")]
665     #[rustc_deprecated(since = "1.44.0", reason = "use `Arc::into_raw` instead")]
666     #[inline]
667     pub fn into_raw_non_null(this: Self) -> NonNull<T> {
668         // safe because Arc guarantees its pointer is non-null
669         unsafe { NonNull::new_unchecked(Arc::into_raw(this) as *mut _) }
670     }
671
672     /// Creates a new [`Weak`][weak] pointer to this allocation.
673     ///
674     /// [weak]: struct.Weak.html
675     ///
676     /// # Examples
677     ///
678     /// ```
679     /// use std::sync::Arc;
680     ///
681     /// let five = Arc::new(5);
682     ///
683     /// let weak_five = Arc::downgrade(&five);
684     /// ```
685     #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
686     pub fn downgrade(this: &Self) -> Weak<T> {
687         // This Relaxed is OK because we're checking the value in the CAS
688         // below.
689         let mut cur = this.inner().weak.load(Relaxed);
690
691         loop {
692             // check if the weak counter is currently "locked"; if so, spin.
693             if cur == usize::MAX {
694                 cur = this.inner().weak.load(Relaxed);
695                 continue;
696             }
697
698             // NOTE: this code currently ignores the possibility of overflow
699             // into usize::MAX; in general both Rc and Arc need to be adjusted
700             // to deal with overflow.
701
702             // Unlike with Clone(), we need this to be an Acquire read to
703             // synchronize with the write coming from `is_unique`, so that the
704             // events prior to that write happen before this read.
705             match this.inner().weak.compare_exchange_weak(cur, cur + 1, Acquire, Relaxed) {
706                 Ok(_) => {
707                     // Make sure we do not create a dangling Weak
708                     debug_assert!(!is_dangling(this.ptr));
709                     return Weak { ptr: this.ptr };
710                 }
711                 Err(old) => cur = old,
712             }
713         }
714     }
715
716     /// Gets the number of [`Weak`][weak] pointers to this allocation.
717     ///
718     /// [weak]: struct.Weak.html
719     ///
720     /// # Safety
721     ///
722     /// This method by itself is safe, but using it correctly requires extra care.
723     /// Another thread can change the weak count at any time,
724     /// including potentially between calling this method and acting on the result.
725     ///
726     /// # Examples
727     ///
728     /// ```
729     /// use std::sync::Arc;
730     ///
731     /// let five = Arc::new(5);
732     /// let _weak_five = Arc::downgrade(&five);
733     ///
734     /// // This assertion is deterministic because we haven't shared
735     /// // the `Arc` or `Weak` between threads.
736     /// assert_eq!(1, Arc::weak_count(&five));
737     /// ```
738     #[inline]
739     #[stable(feature = "arc_counts", since = "1.15.0")]
740     pub fn weak_count(this: &Self) -> usize {
741         let cnt = this.inner().weak.load(SeqCst);
742         // If the weak count is currently locked, the value of the
743         // count was 0 just before taking the lock.
744         if cnt == usize::MAX { 0 } else { cnt - 1 }
745     }
746
747     /// Gets the number of strong (`Arc`) pointers to this allocation.
748     ///
749     /// # Safety
750     ///
751     /// This method by itself is safe, but using it correctly requires extra care.
752     /// Another thread can change the strong count at any time,
753     /// including potentially between calling this method and acting on the result.
754     ///
755     /// # Examples
756     ///
757     /// ```
758     /// use std::sync::Arc;
759     ///
760     /// let five = Arc::new(5);
761     /// let _also_five = Arc::clone(&five);
762     ///
763     /// // This assertion is deterministic because we haven't shared
764     /// // the `Arc` between threads.
765     /// assert_eq!(2, Arc::strong_count(&five));
766     /// ```
767     #[inline]
768     #[stable(feature = "arc_counts", since = "1.15.0")]
769     pub fn strong_count(this: &Self) -> usize {
770         this.inner().strong.load(SeqCst)
771     }
772
773     /// Increments the strong reference count on the `Arc<T>` associated with the
774     /// provided pointer by one.
775     ///
776     /// # Safety
777     ///
778     /// The pointer must have been obtained through `Arc::into_raw`, and the
779     /// associated `Arc` instance must be valid (i.e. the strong count must be at
780     /// least 1) for the duration of this method.
781     ///
782     /// # Examples
783     ///
784     /// ```
785     /// #![feature(arc_mutate_strong_count)]
786     ///
787     /// use std::sync::Arc;
788     ///
789     /// let five = Arc::new(5);
790     ///
791     /// unsafe {
792     ///     let ptr = Arc::into_raw(five);
793     ///     Arc::incr_strong_count(ptr);
794     ///
795     ///     // This assertion is deterministic because we haven't shared
796     ///     // the `Arc` between threads.
797     ///     let five = Arc::from_raw(ptr);
798     ///     assert_eq!(2, Arc::strong_count(&five));
799     /// }
800     /// ```
801     #[inline]
802     #[unstable(feature = "arc_mutate_strong_count", issue = "71983")]
803     pub unsafe fn incr_strong_count(ptr: *const T) {
804         // Retain Arc, but don't touch refcount by wrapping in ManuallyDrop
805         let arc = unsafe { mem::ManuallyDrop::new(Arc::<T>::from_raw(ptr)) };
806         // Now increase refcount, but don't drop new refcount either
807         let _arc_clone: mem::ManuallyDrop<_> = arc.clone();
808     }
809
810     /// Decrements the strong reference count on the `Arc<T>` associated with the
811     /// provided pointer by one.
812     ///
813     /// # Safety
814     ///
815     /// The pointer must have been obtained through `Arc::into_raw`, and the
816     /// associated `Arc` instance must be valid (i.e. the strong count must be at
817     /// least 1) when invoking this method. This method can be used to release the final
818     /// `Arc` and backing storage, but **should not** be called after the final `Arc` has been
819     /// released.
820     ///
821     /// # Examples
822     ///
823     /// ```
824     /// #![feature(arc_mutate_strong_count)]
825     ///
826     /// use std::sync::Arc;
827     ///
828     /// let five = Arc::new(5);
829     ///
830     /// unsafe {
831     ///     let ptr = Arc::into_raw(five);
832     ///     Arc::incr_strong_count(ptr);
833     ///
834     ///     // Those assertions are deterministic because we haven't shared
835     ///     // the `Arc` between threads.
836     ///     let five = Arc::from_raw(ptr);
837     ///     assert_eq!(2, Arc::strong_count(&five));
838     ///     Arc::decr_strong_count(ptr);
839     ///     assert_eq!(1, Arc::strong_count(&five));
840     /// }
841     /// ```
842     #[inline]
843     #[unstable(feature = "arc_mutate_strong_count", issue = "71983")]
844     pub unsafe fn decr_strong_count(ptr: *const T) {
845         unsafe { mem::drop(Arc::from_raw(ptr)) };
846     }
847
848     #[inline]
849     fn inner(&self) -> &ArcInner<T> {
850         // This unsafety is ok because while this arc is alive we're guaranteed
851         // that the inner pointer is valid. Furthermore, we know that the
852         // `ArcInner` structure itself is `Sync` because the inner data is
853         // `Sync` as well, so we're ok loaning out an immutable pointer to these
854         // contents.
855         unsafe { self.ptr.as_ref() }
856     }
857
858     // Non-inlined part of `drop`.
859     #[inline(never)]
860     unsafe fn drop_slow(&mut self) {
861         // Destroy the data at this time, even though we may not free the box
862         // allocation itself (there may still be weak pointers lying around).
863         unsafe { ptr::drop_in_place(Self::get_mut_unchecked(self)) };
864
865         // Drop the weak ref collectively held by all strong references
866         drop(Weak { ptr: self.ptr });
867     }
868
869     #[inline]
870     #[stable(feature = "ptr_eq", since = "1.17.0")]
871     /// Returns `true` if the two `Arc`s point to the same allocation
872     /// (in a vein similar to [`ptr::eq`]).
873     ///
874     /// # Examples
875     ///
876     /// ```
877     /// use std::sync::Arc;
878     ///
879     /// let five = Arc::new(5);
880     /// let same_five = Arc::clone(&five);
881     /// let other_five = Arc::new(5);
882     ///
883     /// assert!(Arc::ptr_eq(&five, &same_five));
884     /// assert!(!Arc::ptr_eq(&five, &other_five));
885     /// ```
886     ///
887     /// [`ptr::eq`]: ../../std/ptr/fn.eq.html
888     pub fn ptr_eq(this: &Self, other: &Self) -> bool {
889         this.ptr.as_ptr() == other.ptr.as_ptr()
890     }
891 }
892
893 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
894     /// Allocates an `ArcInner<T>` with sufficient space for
895     /// a possibly-unsized inner value where the value has the layout provided.
896     ///
897     /// The function `mem_to_arcinner` is called with the data pointer
898     /// and must return back a (potentially fat)-pointer for the `ArcInner<T>`.
899     unsafe fn allocate_for_layout(
900         value_layout: Layout,
901         mem_to_arcinner: impl FnOnce(*mut u8) -> *mut ArcInner<T>,
902     ) -> *mut ArcInner<T> {
903         // Calculate layout using the given value layout.
904         // Previously, layout was calculated on the expression
905         // `&*(ptr as *const ArcInner<T>)`, but this created a misaligned
906         // reference (see #54908).
907         let layout = Layout::new::<ArcInner<()>>().extend(value_layout).unwrap().0.pad_to_align();
908
909         let mem = Global
910             .alloc(layout, AllocInit::Uninitialized)
911             .unwrap_or_else(|_| handle_alloc_error(layout));
912
913         // Initialize the ArcInner
914         let inner = mem_to_arcinner(mem.ptr.as_ptr());
915         debug_assert_eq!(unsafe { Layout::for_value(&*inner) }, layout);
916
917         unsafe {
918             ptr::write(&mut (*inner).strong, atomic::AtomicUsize::new(1));
919             ptr::write(&mut (*inner).weak, atomic::AtomicUsize::new(1));
920         }
921
922         inner
923     }
924
925     /// Allocates an `ArcInner<T>` with sufficient space for an unsized inner value.
926     unsafe fn allocate_for_ptr(ptr: *const T) -> *mut ArcInner<T> {
927         // Allocate for the `ArcInner<T>` using the given value.
928         unsafe {
929             Self::allocate_for_layout(Layout::for_value(&*ptr), |mem| {
930                 set_data_ptr(ptr as *mut T, mem) as *mut ArcInner<T>
931             })
932         }
933     }
934
935     fn from_box(v: Box<T>) -> Arc<T> {
936         unsafe {
937             let box_unique = Box::into_unique(v);
938             let bptr = box_unique.as_ptr();
939
940             let value_size = size_of_val(&*bptr);
941             let ptr = Self::allocate_for_ptr(bptr);
942
943             // Copy value as bytes
944             ptr::copy_nonoverlapping(
945                 bptr as *const T as *const u8,
946                 &mut (*ptr).data as *mut _ as *mut u8,
947                 value_size,
948             );
949
950             // Free the allocation without dropping its contents
951             box_free(box_unique);
952
953             Self::from_ptr(ptr)
954         }
955     }
956 }
957
958 impl<T> Arc<[T]> {
959     /// Allocates an `ArcInner<[T]>` with the given length.
960     unsafe fn allocate_for_slice(len: usize) -> *mut ArcInner<[T]> {
961         unsafe {
962             Self::allocate_for_layout(Layout::array::<T>(len).unwrap(), |mem| {
963                 ptr::slice_from_raw_parts_mut(mem as *mut T, len) as *mut ArcInner<[T]>
964             })
965         }
966     }
967 }
968
969 /// Sets the data pointer of a `?Sized` raw pointer.
970 ///
971 /// For a slice/trait object, this sets the `data` field and leaves the rest
972 /// unchanged. For a sized raw pointer, this simply sets the pointer.
973 unsafe fn set_data_ptr<T: ?Sized, U>(mut ptr: *mut T, data: *mut U) -> *mut T {
974     unsafe {
975         ptr::write(&mut ptr as *mut _ as *mut *mut u8, data as *mut u8);
976     }
977     ptr
978 }
979
980 impl<T> Arc<[T]> {
981     /// Copy elements from slice into newly allocated Arc<\[T\]>
982     ///
983     /// Unsafe because the caller must either take ownership or bind `T: Copy`.
984     unsafe fn copy_from_slice(v: &[T]) -> Arc<[T]> {
985         unsafe {
986             let ptr = Self::allocate_for_slice(v.len());
987
988             ptr::copy_nonoverlapping(v.as_ptr(), &mut (*ptr).data as *mut [T] as *mut T, v.len());
989
990             Self::from_ptr(ptr)
991         }
992     }
993
994     /// Constructs an `Arc<[T]>` from an iterator known to be of a certain size.
995     ///
996     /// Behavior is undefined should the size be wrong.
997     unsafe fn from_iter_exact(iter: impl iter::Iterator<Item = T>, len: usize) -> Arc<[T]> {
998         // Panic guard while cloning T elements.
999         // In the event of a panic, elements that have been written
1000         // into the new ArcInner will be dropped, then the memory freed.
1001         struct Guard<T> {
1002             mem: NonNull<u8>,
1003             elems: *mut T,
1004             layout: Layout,
1005             n_elems: usize,
1006         }
1007
1008         impl<T> Drop for Guard<T> {
1009             fn drop(&mut self) {
1010                 unsafe {
1011                     let slice = from_raw_parts_mut(self.elems, self.n_elems);
1012                     ptr::drop_in_place(slice);
1013
1014                     Global.dealloc(self.mem.cast(), self.layout);
1015                 }
1016             }
1017         }
1018
1019         unsafe {
1020             let ptr = Self::allocate_for_slice(len);
1021
1022             let mem = ptr as *mut _ as *mut u8;
1023             let layout = Layout::for_value(&*ptr);
1024
1025             // Pointer to first element
1026             let elems = &mut (*ptr).data as *mut [T] as *mut T;
1027
1028             let mut guard = Guard { mem: NonNull::new_unchecked(mem), elems, layout, n_elems: 0 };
1029
1030             for (i, item) in iter.enumerate() {
1031                 ptr::write(elems.add(i), item);
1032                 guard.n_elems += 1;
1033             }
1034
1035             // All clear. Forget the guard so it doesn't free the new ArcInner.
1036             mem::forget(guard);
1037
1038             Self::from_ptr(ptr)
1039         }
1040     }
1041 }
1042
1043 /// Specialization trait used for `From<&[T]>`.
1044 trait ArcFromSlice<T> {
1045     fn from_slice(slice: &[T]) -> Self;
1046 }
1047
1048 impl<T: Clone> ArcFromSlice<T> for Arc<[T]> {
1049     #[inline]
1050     default fn from_slice(v: &[T]) -> Self {
1051         unsafe { Self::from_iter_exact(v.iter().cloned(), v.len()) }
1052     }
1053 }
1054
1055 impl<T: Copy> ArcFromSlice<T> for Arc<[T]> {
1056     #[inline]
1057     fn from_slice(v: &[T]) -> Self {
1058         unsafe { Arc::copy_from_slice(v) }
1059     }
1060 }
1061
1062 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1063 impl<T: ?Sized> Clone for Arc<T> {
1064     /// Makes a clone of the `Arc` pointer.
1065     ///
1066     /// This creates another pointer to the same allocation, increasing the
1067     /// strong reference count.
1068     ///
1069     /// # Examples
1070     ///
1071     /// ```
1072     /// use std::sync::Arc;
1073     ///
1074     /// let five = Arc::new(5);
1075     ///
1076     /// let _ = Arc::clone(&five);
1077     /// ```
1078     #[inline]
1079     fn clone(&self) -> Arc<T> {
1080         // Using a relaxed ordering is alright here, as knowledge of the
1081         // original reference prevents other threads from erroneously deleting
1082         // the object.
1083         //
1084         // As explained in the [Boost documentation][1], Increasing the
1085         // reference counter can always be done with memory_order_relaxed: New
1086         // references to an object can only be formed from an existing
1087         // reference, and passing an existing reference from one thread to
1088         // another must already provide any required synchronization.
1089         //
1090         // [1]: (www.boost.org/doc/libs/1_55_0/doc/html/atomic/usage_examples.html)
1091         let old_size = self.inner().strong.fetch_add(1, Relaxed);
1092
1093         // However we need to guard against massive refcounts in case someone
1094         // is `mem::forget`ing Arcs. If we don't do this the count can overflow
1095         // and users will use-after free. We racily saturate to `isize::MAX` on
1096         // the assumption that there aren't ~2 billion threads incrementing
1097         // the reference count at once. This branch will never be taken in
1098         // any realistic program.
1099         //
1100         // We abort because such a program is incredibly degenerate, and we
1101         // don't care to support it.
1102         if old_size > MAX_REFCOUNT {
1103             abort();
1104         }
1105
1106         Self::from_inner(self.ptr)
1107     }
1108 }
1109
1110 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1111 impl<T: ?Sized> Deref for Arc<T> {
1112     type Target = T;
1113
1114     #[inline]
1115     fn deref(&self) -> &T {
1116         &self.inner().data
1117     }
1118 }
1119
1120 #[unstable(feature = "receiver_trait", issue = "none")]
1121 impl<T: ?Sized> Receiver for Arc<T> {}
1122
1123 impl<T: Clone> Arc<T> {
1124     /// Makes a mutable reference into the given `Arc`.
1125     ///
1126     /// If there are other `Arc` or [`Weak`][weak] pointers to the same allocation,
1127     /// then `make_mut` will create a new allocation and invoke [`clone`][clone] on the inner value
1128     /// to ensure unique ownership. This is also referred to as clone-on-write.
1129     ///
1130     /// Note that this differs from the behavior of [`Rc::make_mut`] which disassociates
1131     /// any remaining `Weak` pointers.
1132     ///
1133     /// See also [`get_mut`][get_mut], which will fail rather than cloning.
1134     ///
1135     /// [weak]: struct.Weak.html
1136     /// [clone]: ../../std/clone/trait.Clone.html#tymethod.clone
1137     /// [get_mut]: struct.Arc.html#method.get_mut
1138     /// [`Rc::make_mut`]: ../rc/struct.Rc.html#method.make_mut
1139     ///
1140     /// # Examples
1141     ///
1142     /// ```
1143     /// use std::sync::Arc;
1144     ///
1145     /// let mut data = Arc::new(5);
1146     ///
1147     /// *Arc::make_mut(&mut data) += 1;         // Won't clone anything
1148     /// let mut other_data = Arc::clone(&data); // Won't clone inner data
1149     /// *Arc::make_mut(&mut data) += 1;         // Clones inner data
1150     /// *Arc::make_mut(&mut data) += 1;         // Won't clone anything
1151     /// *Arc::make_mut(&mut other_data) *= 2;   // Won't clone anything
1152     ///
1153     /// // Now `data` and `other_data` point to different allocations.
1154     /// assert_eq!(*data, 8);
1155     /// assert_eq!(*other_data, 12);
1156     /// ```
1157     #[inline]
1158     #[stable(feature = "arc_unique", since = "1.4.0")]
1159     pub fn make_mut(this: &mut Self) -> &mut T {
1160         // Note that we hold both a strong reference and a weak reference.
1161         // Thus, releasing our strong reference only will not, by itself, cause
1162         // the memory to be deallocated.
1163         //
1164         // Use Acquire to ensure that we see any writes to `weak` that happen
1165         // before release writes (i.e., decrements) to `strong`. Since we hold a
1166         // weak count, there's no chance the ArcInner itself could be
1167         // deallocated.
1168         if this.inner().strong.compare_exchange(1, 0, Acquire, Relaxed).is_err() {
1169             // Another strong pointer exists; clone
1170             *this = Arc::new((**this).clone());
1171         } else if this.inner().weak.load(Relaxed) != 1 {
1172             // Relaxed suffices in the above because this is fundamentally an
1173             // optimization: we are always racing with weak pointers being
1174             // dropped. Worst case, we end up allocated a new Arc unnecessarily.
1175
1176             // We removed the last strong ref, but there are additional weak
1177             // refs remaining. We'll move the contents to a new Arc, and
1178             // invalidate the other weak refs.
1179
1180             // Note that it is not possible for the read of `weak` to yield
1181             // usize::MAX (i.e., locked), since the weak count can only be
1182             // locked by a thread with a strong reference.
1183
1184             // Materialize our own implicit weak pointer, so that it can clean
1185             // up the ArcInner as needed.
1186             let weak = Weak { ptr: this.ptr };
1187
1188             // mark the data itself as already deallocated
1189             unsafe {
1190                 // there is no data race in the implicit write caused by `read`
1191                 // here (due to zeroing) because data is no longer accessed by
1192                 // other threads (due to there being no more strong refs at this
1193                 // point).
1194                 let mut swap = Arc::new(ptr::read(&weak.ptr.as_ref().data));
1195                 mem::swap(this, &mut swap);
1196                 mem::forget(swap);
1197             }
1198         } else {
1199             // We were the sole reference of either kind; bump back up the
1200             // strong ref count.
1201             this.inner().strong.store(1, Release);
1202         }
1203
1204         // As with `get_mut()`, the unsafety is ok because our reference was
1205         // either unique to begin with, or became one upon cloning the contents.
1206         unsafe { Self::get_mut_unchecked(this) }
1207     }
1208 }
1209
1210 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
1211     /// Returns a mutable reference into the given `Arc`, if there are
1212     /// no other `Arc` or [`Weak`][weak] pointers to the same allocation.
1213     ///
1214     /// Returns [`None`][option] otherwise, because it is not safe to
1215     /// mutate a shared value.
1216     ///
1217     /// See also [`make_mut`][make_mut], which will [`clone`][clone]
1218     /// the inner value when there are other pointers.
1219     ///
1220     /// [weak]: struct.Weak.html
1221     /// [option]: ../../std/option/enum.Option.html
1222     /// [make_mut]: struct.Arc.html#method.make_mut
1223     /// [clone]: ../../std/clone/trait.Clone.html#tymethod.clone
1224     ///
1225     /// # Examples
1226     ///
1227     /// ```
1228     /// use std::sync::Arc;
1229     ///
1230     /// let mut x = Arc::new(3);
1231     /// *Arc::get_mut(&mut x).unwrap() = 4;
1232     /// assert_eq!(*x, 4);
1233     ///
1234     /// let _y = Arc::clone(&x);
1235     /// assert!(Arc::get_mut(&mut x).is_none());
1236     /// ```
1237     #[inline]
1238     #[stable(feature = "arc_unique", since = "1.4.0")]
1239     pub fn get_mut(this: &mut Self) -> Option<&mut T> {
1240         if this.is_unique() {
1241             // This unsafety is ok because we're guaranteed that the pointer
1242             // returned is the *only* pointer that will ever be returned to T. Our
1243             // reference count is guaranteed to be 1 at this point, and we required
1244             // the Arc itself to be `mut`, so we're returning the only possible
1245             // reference to the inner data.
1246             unsafe { Some(Arc::get_mut_unchecked(this)) }
1247         } else {
1248             None
1249         }
1250     }
1251
1252     /// Returns a mutable reference into the given `Arc`,
1253     /// without any check.
1254     ///
1255     /// See also [`get_mut`], which is safe and does appropriate checks.
1256     ///
1257     /// [`get_mut`]: struct.Arc.html#method.get_mut
1258     ///
1259     /// # Safety
1260     ///
1261     /// Any other `Arc` or [`Weak`] pointers to the same allocation must not be dereferenced
1262     /// for the duration of the returned borrow.
1263     /// This is trivially the case if no such pointers exist,
1264     /// for example immediately after `Arc::new`.
1265     ///
1266     /// # Examples
1267     ///
1268     /// ```
1269     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
1270     ///
1271     /// use std::sync::Arc;
1272     ///
1273     /// let mut x = Arc::new(String::new());
1274     /// unsafe {
1275     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut x).push_str("foo")
1276     /// }
1277     /// assert_eq!(*x, "foo");
1278     /// ```
1279     #[inline]
1280     #[unstable(feature = "get_mut_unchecked", issue = "63292")]
1281     pub unsafe fn get_mut_unchecked(this: &mut Self) -> &mut T {
1282         // We are careful to *not* create a reference covering the "count" fields, as
1283         // this would alias with concurrent access to the reference counts (e.g. by `Weak`).
1284         unsafe { &mut (*this.ptr.as_ptr()).data }
1285     }
1286
1287     /// Determine whether this is the unique reference (including weak refs) to
1288     /// the underlying data.
1289     ///
1290     /// Note that this requires locking the weak ref count.
1291     fn is_unique(&mut self) -> bool {
1292         // lock the weak pointer count if we appear to be the sole weak pointer
1293         // holder.
1294         //
1295         // The acquire label here ensures a happens-before relationship with any
1296         // writes to `strong` (in particular in `Weak::upgrade`) prior to decrements
1297         // of the `weak` count (via `Weak::drop`, which uses release).  If the upgraded
1298         // weak ref was never dropped, the CAS here will fail so we do not care to synchronize.
1299         if self.inner().weak.compare_exchange(1, usize::MAX, Acquire, Relaxed).is_ok() {
1300             // This needs to be an `Acquire` to synchronize with the decrement of the `strong`
1301             // counter in `drop` -- the only access that happens when any but the last reference
1302             // is being dropped.
1303             let unique = self.inner().strong.load(Acquire) == 1;
1304
1305             // The release write here synchronizes with a read in `downgrade`,
1306             // effectively preventing the above read of `strong` from happening
1307             // after the write.
1308             self.inner().weak.store(1, Release); // release the lock
1309             unique
1310         } else {
1311             false
1312         }
1313     }
1314 }
1315
1316 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1317 unsafe impl<#[may_dangle] T: ?Sized> Drop for Arc<T> {
1318     /// Drops the `Arc`.
1319     ///
1320     /// This will decrement the strong reference count. If the strong reference
1321     /// count reaches zero then the only other references (if any) are
1322     /// [`Weak`], so we `drop` the inner value.
1323     ///
1324     /// # Examples
1325     ///
1326     /// ```
1327     /// use std::sync::Arc;
1328     ///
1329     /// struct Foo;
1330     ///
1331     /// impl Drop for Foo {
1332     ///     fn drop(&mut self) {
1333     ///         println!("dropped!");
1334     ///     }
1335     /// }
1336     ///
1337     /// let foo  = Arc::new(Foo);
1338     /// let foo2 = Arc::clone(&foo);
1339     ///
1340     /// drop(foo);    // Doesn't print anything
1341     /// drop(foo2);   // Prints "dropped!"
1342     /// ```
1343     ///
1344     /// [`Weak`]: ../../std/sync/struct.Weak.html
1345     #[inline]
1346     fn drop(&mut self) {
1347         // Because `fetch_sub` is already atomic, we do not need to synchronize
1348         // with other threads unless we are going to delete the object. This
1349         // same logic applies to the below `fetch_sub` to the `weak` count.
1350         if self.inner().strong.fetch_sub(1, Release) != 1 {
1351             return;
1352         }
1353
1354         // This fence is needed to prevent reordering of use of the data and
1355         // deletion of the data.  Because it is marked `Release`, the decreasing
1356         // of the reference count synchronizes with this `Acquire` fence. This
1357         // means that use of the data happens before decreasing the reference
1358         // count, which happens before this fence, which happens before the
1359         // deletion of the data.
1360         //
1361         // As explained in the [Boost documentation][1],
1362         //
1363         // > It is important to enforce any possible access to the object in one
1364         // > thread (through an existing reference) to *happen before* deleting
1365         // > the object in a different thread. This is achieved by a "release"
1366         // > operation after dropping a reference (any access to the object
1367         // > through this reference must obviously happened before), and an
1368         // > "acquire" operation before deleting the object.
1369         //
1370         // In particular, while the contents of an Arc are usually immutable, it's
1371         // possible to have interior writes to something like a Mutex<T>. Since a
1372         // Mutex is not acquired when it is deleted, we can't rely on its
1373         // synchronization logic to make writes in thread A visible to a destructor
1374         // running in thread B.
1375         //
1376         // Also note that the Acquire fence here could probably be replaced with an
1377         // Acquire load, which could improve performance in highly-contended
1378         // situations. See [2].
1379         //
1380         // [1]: (www.boost.org/doc/libs/1_55_0/doc/html/atomic/usage_examples.html)
1381         // [2]: (https://github.com/rust-lang/rust/pull/41714)
1382         acquire!(self.inner().strong);
1383
1384         unsafe {
1385             self.drop_slow();
1386         }
1387     }
1388 }
1389
1390 impl Arc<dyn Any + Send + Sync> {
1391     #[inline]
1392     #[stable(feature = "rc_downcast", since = "1.29.0")]
1393     /// Attempt to downcast the `Arc<dyn Any + Send + Sync>` to a concrete type.
1394     ///
1395     /// # Examples
1396     ///
1397     /// ```
1398     /// use std::any::Any;
1399     /// use std::sync::Arc;
1400     ///
1401     /// fn print_if_string(value: Arc<dyn Any + Send + Sync>) {
1402     ///     if let Ok(string) = value.downcast::<String>() {
1403     ///         println!("String ({}): {}", string.len(), string);
1404     ///     }
1405     /// }
1406     ///
1407     /// let my_string = "Hello World".to_string();
1408     /// print_if_string(Arc::new(my_string));
1409     /// print_if_string(Arc::new(0i8));
1410     /// ```
1411     pub fn downcast<T>(self) -> Result<Arc<T>, Self>
1412     where
1413         T: Any + Send + Sync + 'static,
1414     {
1415         if (*self).is::<T>() {
1416             let ptr = self.ptr.cast::<ArcInner<T>>();
1417             mem::forget(self);
1418             Ok(Arc::from_inner(ptr))
1419         } else {
1420             Err(self)
1421         }
1422     }
1423 }
1424
1425 impl<T> Weak<T> {
1426     /// Constructs a new `Weak<T>`, without allocating any memory.
1427     /// Calling [`upgrade`] on the return value always gives [`None`].
1428     ///
1429     /// [`upgrade`]: struct.Weak.html#method.upgrade
1430     /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
1431     ///
1432     /// # Examples
1433     ///
1434     /// ```
1435     /// use std::sync::Weak;
1436     ///
1437     /// let empty: Weak<i64> = Weak::new();
1438     /// assert!(empty.upgrade().is_none());
1439     /// ```
1440     #[stable(feature = "downgraded_weak", since = "1.10.0")]
1441     pub fn new() -> Weak<T> {
1442         Weak { ptr: NonNull::new(usize::MAX as *mut ArcInner<T>).expect("MAX is not 0") }
1443     }
1444
1445     /// Returns a raw pointer to the object `T` pointed to by this `Weak<T>`.
1446     ///
1447     /// The pointer is valid only if there are some strong references. The pointer may be dangling,
1448     /// unaligned or even [`null`] otherwise.
1449     ///
1450     /// # Examples
1451     ///
1452     /// ```
1453     /// use std::sync::Arc;
1454     /// use std::ptr;
1455     ///
1456     /// let strong = Arc::new("hello".to_owned());
1457     /// let weak = Arc::downgrade(&strong);
1458     /// // Both point to the same object
1459     /// assert!(ptr::eq(&*strong, weak.as_ptr()));
1460     /// // The strong here keeps it alive, so we can still access the object.
1461     /// assert_eq!("hello", unsafe { &*weak.as_ptr() });
1462     ///
1463     /// drop(strong);
1464     /// // But not any more. We can do weak.as_ptr(), but accessing the pointer would lead to
1465     /// // undefined behaviour.
1466     /// // assert_eq!("hello", unsafe { &*weak.as_ptr() });
1467     /// ```
1468     ///
1469     /// [`null`]: ../../std/ptr/fn.null.html
1470     #[stable(feature = "weak_into_raw", since = "1.45.0")]
1471     pub fn as_ptr(&self) -> *const T {
1472         let ptr: *mut ArcInner<T> = NonNull::as_ptr(self.ptr);
1473
1474         // SAFETY: we must offset the pointer manually, and said pointer may be
1475         // a dangling weak (usize::MAX) if T is sized. data_offset is safe to call,
1476         // because we know that a pointer to unsized T was derived from a real
1477         // unsized T, as dangling weaks are only created for sized T. wrapping_offset
1478         // is used so that we can use the same code path for the non-dangling
1479         // unsized case and the potentially dangling sized case.
1480         unsafe {
1481             let offset = data_offset(ptr as *mut T);
1482             set_data_ptr(ptr as *mut T, (ptr as *mut u8).wrapping_offset(offset))
1483         }
1484     }
1485
1486     /// Consumes the `Weak<T>` and turns it into a raw pointer.
1487     ///
1488     /// This converts the weak pointer into a raw pointer, preserving the original weak count. It
1489     /// can be turned back into the `Weak<T>` with [`from_raw`].
1490     ///
1491     /// The same restrictions of accessing the target of the pointer as with
1492     /// [`as_ptr`] apply.
1493     ///
1494     /// # Examples
1495     ///
1496     /// ```
1497     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1498     ///
1499     /// let strong = Arc::new("hello".to_owned());
1500     /// let weak = Arc::downgrade(&strong);
1501     /// let raw = weak.into_raw();
1502     ///
1503     /// assert_eq!(1, Arc::weak_count(&strong));
1504     /// assert_eq!("hello", unsafe { &*raw });
1505     ///
1506     /// drop(unsafe { Weak::from_raw(raw) });
1507     /// assert_eq!(0, Arc::weak_count(&strong));
1508     /// ```
1509     ///
1510     /// [`from_raw`]: struct.Weak.html#method.from_raw
1511     /// [`as_ptr`]: struct.Weak.html#method.as_ptr
1512     #[stable(feature = "weak_into_raw", since = "1.45.0")]
1513     pub fn into_raw(self) -> *const T {
1514         let result = self.as_ptr();
1515         mem::forget(self);
1516         result
1517     }
1518
1519     /// Converts a raw pointer previously created by [`into_raw`] back into
1520     /// `Weak<T>`.
1521     ///
1522     /// This can be used to safely get a strong reference (by calling [`upgrade`]
1523     /// later) or to deallocate the weak count by dropping the `Weak<T>`.
1524     ///
1525     /// It takes ownership of one weak count (with the exception of pointers created by [`new`],
1526     /// as these don't have any corresponding weak count).
1527     ///
1528     /// # Safety
1529     ///
1530     /// The pointer must have originated from the [`into_raw`] and must still own its potential
1531     /// weak reference count.
1532     ///
1533     /// It is allowed for the strong count to be 0 at the time of calling this, but the weak count
1534     /// must be non-zero or the pointer must have originated from a dangling `Weak<T>` (one created
1535     /// by [`new`]).
1536     ///
1537     /// # Examples
1538     ///
1539     /// ```
1540     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1541     ///
1542     /// let strong = Arc::new("hello".to_owned());
1543     ///
1544     /// let raw_1 = Arc::downgrade(&strong).into_raw();
1545     /// let raw_2 = Arc::downgrade(&strong).into_raw();
1546     ///
1547     /// assert_eq!(2, Arc::weak_count(&strong));
1548     ///
1549     /// assert_eq!("hello", &*unsafe { Weak::from_raw(raw_1) }.upgrade().unwrap());
1550     /// assert_eq!(1, Arc::weak_count(&strong));
1551     ///
1552     /// drop(strong);
1553     ///
1554     /// // Decrement the last weak count.
1555     /// assert!(unsafe { Weak::from_raw(raw_2) }.upgrade().is_none());
1556     /// ```
1557     ///
1558     /// [`new`]: struct.Weak.html#method.new
1559     /// [`into_raw`]: struct.Weak.html#method.into_raw
1560     /// [`upgrade`]: struct.Weak.html#method.upgrade
1561     /// [`Weak`]: struct.Weak.html
1562     /// [`Arc`]: struct.Arc.html
1563     /// [`forget`]: ../../std/mem/fn.forget.html
1564     #[stable(feature = "weak_into_raw", since = "1.45.0")]
1565     pub unsafe fn from_raw(ptr: *const T) -> Self {
1566         if ptr.is_null() {
1567             Self::new()
1568         } else {
1569             // See Arc::from_raw for details
1570             unsafe {
1571                 let offset = data_offset(ptr);
1572                 let fake_ptr = ptr as *mut ArcInner<T>;
1573                 let ptr = set_data_ptr(fake_ptr, (ptr as *mut u8).offset(-offset));
1574                 Weak { ptr: NonNull::new(ptr).expect("Invalid pointer passed to from_raw") }
1575             }
1576         }
1577     }
1578 }
1579
1580 /// Helper type to allow accessing the reference counts without
1581 /// making any assertions about the data field.
1582 struct WeakInner<'a> {
1583     weak: &'a atomic::AtomicUsize,
1584     strong: &'a atomic::AtomicUsize,
1585 }
1586
1587 impl<T: ?Sized> Weak<T> {
1588     /// Attempts to upgrade the `Weak` pointer to an [`Arc`], delaying
1589     /// dropping of the inner value if successful.
1590     ///
1591     /// Returns [`None`] if the inner value has since been dropped.
1592     ///
1593     /// [`Arc`]: struct.Arc.html
1594     /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
1595     ///
1596     /// # Examples
1597     ///
1598     /// ```
1599     /// use std::sync::Arc;
1600     ///
1601     /// let five = Arc::new(5);
1602     ///
1603     /// let weak_five = Arc::downgrade(&five);
1604     ///
1605     /// let strong_five: Option<Arc<_>> = weak_five.upgrade();
1606     /// assert!(strong_five.is_some());
1607     ///
1608     /// // Destroy all strong pointers.
1609     /// drop(strong_five);
1610     /// drop(five);
1611     ///
1612     /// assert!(weak_five.upgrade().is_none());
1613     /// ```
1614     #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
1615     pub fn upgrade(&self) -> Option<Arc<T>> {
1616         // We use a CAS loop to increment the strong count instead of a
1617         // fetch_add because once the count hits 0 it must never be above 0.
1618         let inner = self.inner()?;
1619
1620         // Relaxed load because any write of 0 that we can observe
1621         // leaves the field in a permanently zero state (so a
1622         // "stale" read of 0 is fine), and any other value is
1623         // confirmed via the CAS below.
1624         let mut n = inner.strong.load(Relaxed);
1625
1626         loop {
1627             if n == 0 {
1628                 return None;
1629             }
1630
1631             // See comments in `Arc::clone` for why we do this (for `mem::forget`).
1632             if n > MAX_REFCOUNT {
1633                 abort();
1634             }
1635
1636             // Relaxed is valid for the same reason it is on Arc's Clone impl
1637             match inner.strong.compare_exchange_weak(n, n + 1, Relaxed, Relaxed) {
1638                 Ok(_) => return Some(Arc::from_inner(self.ptr)), // null checked above
1639                 Err(old) => n = old,
1640             }
1641         }
1642     }
1643
1644     /// Gets the number of strong (`Arc`) pointers pointing to this allocation.
1645     ///
1646     /// If `self` was created using [`Weak::new`], this will return 0.
1647     ///
1648     /// [`Weak::new`]: #method.new
1649     #[stable(feature = "weak_counts", since = "1.41.0")]
1650     pub fn strong_count(&self) -> usize {
1651         if let Some(inner) = self.inner() { inner.strong.load(SeqCst) } else { 0 }
1652     }
1653
1654     /// Gets an approximation of the number of `Weak` pointers pointing to this
1655     /// allocation.
1656     ///
1657     /// If `self` was created using [`Weak::new`], or if there are no remaining
1658     /// strong pointers, this will return 0.
1659     ///
1660     /// # Accuracy
1661     ///
1662     /// Due to implementation details, the returned value can be off by 1 in
1663     /// either direction when other threads are manipulating any `Arc`s or
1664     /// `Weak`s pointing to the same allocation.
1665     ///
1666     /// [`Weak::new`]: #method.new
1667     #[stable(feature = "weak_counts", since = "1.41.0")]
1668     pub fn weak_count(&self) -> usize {
1669         self.inner()
1670             .map(|inner| {
1671                 let weak = inner.weak.load(SeqCst);
1672                 let strong = inner.strong.load(SeqCst);
1673                 if strong == 0 {
1674                     0
1675                 } else {
1676                     // Since we observed that there was at least one strong pointer
1677                     // after reading the weak count, we know that the implicit weak
1678                     // reference (present whenever any strong references are alive)
1679                     // was still around when we observed the weak count, and can
1680                     // therefore safely subtract it.
1681                     weak - 1
1682                 }
1683             })
1684             .unwrap_or(0)
1685     }
1686
1687     /// Returns `None` when the pointer is dangling and there is no allocated `ArcInner`,
1688     /// (i.e., when this `Weak` was created by `Weak::new`).
1689     #[inline]
1690     fn inner(&self) -> Option<WeakInner<'_>> {
1691         if is_dangling(self.ptr) {
1692             None
1693         } else {
1694             // We are careful to *not* create a reference covering the "data" field, as
1695             // the field may be mutated concurrently (for example, if the last `Arc`
1696             // is dropped, the data field will be dropped in-place).
1697             Some(unsafe {
1698                 let ptr = self.ptr.as_ptr();
1699                 WeakInner { strong: &(*ptr).strong, weak: &(*ptr).weak }
1700             })
1701         }
1702     }
1703
1704     /// Returns `true` if the two `Weak`s point to the same allocation (similar to
1705     /// [`ptr::eq`]), or if both don't point to any allocation
1706     /// (because they were created with `Weak::new()`).
1707     ///
1708     /// # Notes
1709     ///
1710     /// Since this compares pointers it means that `Weak::new()` will equal each
1711     /// other, even though they don't point to any allocation.
1712     ///
1713     /// # Examples
1714     ///
1715     /// ```
1716     /// use std::sync::Arc;
1717     ///
1718     /// let first_rc = Arc::new(5);
1719     /// let first = Arc::downgrade(&first_rc);
1720     /// let second = Arc::downgrade(&first_rc);
1721     ///
1722     /// assert!(first.ptr_eq(&second));
1723     ///
1724     /// let third_rc = Arc::new(5);
1725     /// let third = Arc::downgrade(&third_rc);
1726     ///
1727     /// assert!(!first.ptr_eq(&third));
1728     /// ```
1729     ///
1730     /// Comparing `Weak::new`.
1731     ///
1732     /// ```
1733     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1734     ///
1735     /// let first = Weak::new();
1736     /// let second = Weak::new();
1737     /// assert!(first.ptr_eq(&second));
1738     ///
1739     /// let third_rc = Arc::new(());
1740     /// let third = Arc::downgrade(&third_rc);
1741     /// assert!(!first.ptr_eq(&third));
1742     /// ```
1743     ///
1744     /// [`ptr::eq`]: ../../std/ptr/fn.eq.html
1745     #[inline]
1746     #[stable(feature = "weak_ptr_eq", since = "1.39.0")]
1747     pub fn ptr_eq(&self, other: &Self) -> bool {
1748         self.ptr.as_ptr() == other.ptr.as_ptr()
1749     }
1750 }
1751
1752 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
1753 impl<T: ?Sized> Clone for Weak<T> {
1754     /// Makes a clone of the `Weak` pointer that points to the same allocation.
1755     ///
1756     /// # Examples
1757     ///
1758     /// ```
1759     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1760     ///
1761     /// let weak_five = Arc::downgrade(&Arc::new(5));
1762     ///
1763     /// let _ = Weak::clone(&weak_five);
1764     /// ```
1765     #[inline]
1766     fn clone(&self) -> Weak<T> {
1767         let inner = if let Some(inner) = self.inner() {
1768             inner
1769         } else {
1770             return Weak { ptr: self.ptr };
1771         };
1772         // See comments in Arc::clone() for why this is relaxed.  This can use a
1773         // fetch_add (ignoring the lock) because the weak count is only locked
1774         // where are *no other* weak pointers in existence. (So we can't be
1775         // running this code in that case).
1776         let old_size = inner.weak.fetch_add(1, Relaxed);
1777
1778         // See comments in Arc::clone() for why we do this (for mem::forget).
1779         if old_size > MAX_REFCOUNT {
1780             abort();
1781         }
1782
1783         Weak { ptr: self.ptr }
1784     }
1785 }
1786
1787 #[stable(feature = "downgraded_weak", since = "1.10.0")]
1788 impl<T> Default for Weak<T> {
1789     /// Constructs a new `Weak<T>`, without allocating memory.
1790     /// Calling [`upgrade`] on the return value always
1791     /// gives [`None`].
1792     ///
1793     /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
1794     /// [`upgrade`]: ../../std/sync/struct.Weak.html#method.upgrade
1795     ///
1796     /// # Examples
1797     ///
1798     /// ```
1799     /// use std::sync::Weak;
1800     ///
1801     /// let empty: Weak<i64> = Default::default();
1802     /// assert!(empty.upgrade().is_none());
1803     /// ```
1804     fn default() -> Weak<T> {
1805         Weak::new()
1806     }
1807 }
1808
1809 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
1810 impl<T: ?Sized> Drop for Weak<T> {
1811     /// Drops the `Weak` pointer.
1812     ///
1813     /// # Examples
1814     ///
1815     /// ```
1816     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1817     ///
1818     /// struct Foo;
1819     ///
1820     /// impl Drop for Foo {
1821     ///     fn drop(&mut self) {
1822     ///         println!("dropped!");
1823     ///     }
1824     /// }
1825     ///
1826     /// let foo = Arc::new(Foo);
1827     /// let weak_foo = Arc::downgrade(&foo);
1828     /// let other_weak_foo = Weak::clone(&weak_foo);
1829     ///
1830     /// drop(weak_foo);   // Doesn't print anything
1831     /// drop(foo);        // Prints "dropped!"
1832     ///
1833     /// assert!(other_weak_foo.upgrade().is_none());
1834     /// ```
1835     fn drop(&mut self) {
1836         // If we find out that we were the last weak pointer, then its time to
1837         // deallocate the data entirely. See the discussion in Arc::drop() about
1838         // the memory orderings
1839         //
1840         // It's not necessary to check for the locked state here, because the
1841         // weak count can only be locked if there was precisely one weak ref,
1842         // meaning that drop could only subsequently run ON that remaining weak
1843         // ref, which can only happen after the lock is released.
1844         let inner = if let Some(inner) = self.inner() { inner } else { return };
1845
1846         if inner.weak.fetch_sub(1, Release) == 1 {
1847             acquire!(inner.weak);
1848             unsafe { Global.dealloc(self.ptr.cast(), Layout::for_value(self.ptr.as_ref())) }
1849         }
1850     }
1851 }
1852
1853 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1854 trait ArcEqIdent<T: ?Sized + PartialEq> {
1855     fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool;
1856     fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool;
1857 }
1858
1859 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1860 impl<T: ?Sized + PartialEq> ArcEqIdent<T> for Arc<T> {
1861     #[inline]
1862     default fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1863         **self == **other
1864     }
1865     #[inline]
1866     default fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1867         **self != **other
1868     }
1869 }
1870
1871 /// We're doing this specialization here, and not as a more general optimization on `&T`, because it
1872 /// would otherwise add a cost to all equality checks on refs. We assume that `Arc`s are used to
1873 /// store large values, that are slow to clone, but also heavy to check for equality, causing this
1874 /// cost to pay off more easily. It's also more likely to have two `Arc` clones, that point to
1875 /// the same value, than two `&T`s.
1876 ///
1877 /// We can only do this when `T: Eq` as a `PartialEq` might be deliberately irreflexive.
1878 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1879 impl<T: ?Sized + crate::rc::MarkerEq> ArcEqIdent<T> for Arc<T> {
1880     #[inline]
1881     fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1882         Arc::ptr_eq(self, other) || **self == **other
1883     }
1884
1885     #[inline]
1886     fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1887         !Arc::ptr_eq(self, other) && **self != **other
1888     }
1889 }
1890
1891 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1892 impl<T: ?Sized + PartialEq> PartialEq for Arc<T> {
1893     /// Equality for two `Arc`s.
1894     ///
1895     /// Two `Arc`s are equal if their inner values are equal, even if they are
1896     /// stored in different allocation.
1897     ///
1898     /// If `T` also implements `Eq` (implying reflexivity of equality),
1899     /// two `Arc`s that point to the same allocation are always equal.
1900     ///
1901     /// # Examples
1902     ///
1903     /// ```
1904     /// use std::sync::Arc;
1905     ///
1906     /// let five = Arc::new(5);
1907     ///
1908     /// assert!(five == Arc::new(5));
1909     /// ```
1910     #[inline]
1911     fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1912         ArcEqIdent::eq(self, other)
1913     }
1914
1915     /// Inequality for two `Arc`s.
1916     ///
1917     /// Two `Arc`s are unequal if their inner values are unequal.
1918     ///
1919     /// If `T` also implements `Eq` (implying reflexivity of equality),
1920     /// two `Arc`s that point to the same value are never unequal.
1921     ///
1922     /// # Examples
1923     ///
1924     /// ```
1925     /// use std::sync::Arc;
1926     ///
1927     /// let five = Arc::new(5);
1928     ///
1929     /// assert!(five != Arc::new(6));
1930     /// ```
1931     #[inline]
1932     fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1933         ArcEqIdent::ne(self, other)
1934     }
1935 }
1936
1937 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1938 impl<T: ?Sized + PartialOrd> PartialOrd for Arc<T> {
1939     /// Partial comparison for two `Arc`s.
1940     ///
1941     /// The two are compared by calling `partial_cmp()` on their inner values.
1942     ///
1943     /// # Examples
1944     ///
1945     /// ```
1946     /// use std::sync::Arc;
1947     /// use std::cmp::Ordering;
1948     ///
1949     /// let five = Arc::new(5);
1950     ///
1951     /// assert_eq!(Some(Ordering::Less), five.partial_cmp(&Arc::new(6)));
1952     /// ```
1953     fn partial_cmp(&self, other: &Arc<T>) -> Option<Ordering> {
1954         (**self).partial_cmp(&**other)
1955     }
1956
1957     /// Less-than comparison for two `Arc`s.
1958     ///
1959     /// The two are compared by calling `<` on their inner values.
1960     ///
1961     /// # Examples
1962     ///
1963     /// ```
1964     /// use std::sync::Arc;
1965     ///
1966     /// let five = Arc::new(5);
1967     ///
1968     /// assert!(five < Arc::new(6));
1969     /// ```
1970     fn lt(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1971         *(*self) < *(*other)
1972     }
1973
1974     /// 'Less than or equal to' comparison for two `Arc`s.
1975     ///
1976     /// The two are compared by calling `<=` on their inner values.
1977     ///
1978     /// # Examples
1979     ///
1980     /// ```
1981     /// use std::sync::Arc;
1982     ///
1983     /// let five = Arc::new(5);
1984     ///
1985     /// assert!(five <= Arc::new(5));
1986     /// ```
1987     fn le(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1988         *(*self) <= *(*other)
1989     }
1990
1991     /// Greater-than comparison for two `Arc`s.
1992     ///
1993     /// The two are compared by calling `>` on their inner values.
1994     ///
1995     /// # Examples
1996     ///
1997     /// ```
1998     /// use std::sync::Arc;
1999     ///
2000     /// let five = Arc::new(5);
2001     ///
2002     /// assert!(five > Arc::new(4));
2003     /// ```
2004     fn gt(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
2005         *(*self) > *(*other)
2006     }
2007
2008     /// 'Greater than or equal to' comparison for two `Arc`s.
2009     ///
2010     /// The two are compared by calling `>=` on their inner values.
2011     ///
2012     /// # Examples
2013     ///
2014     /// ```
2015     /// use std::sync::Arc;
2016     ///
2017     /// let five = Arc::new(5);
2018     ///
2019     /// assert!(five >= Arc::new(5));
2020     /// ```
2021     fn ge(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
2022         *(*self) >= *(*other)
2023     }
2024 }
2025 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2026 impl<T: ?Sized + Ord> Ord for Arc<T> {
2027     /// Comparison for two `Arc`s.
2028     ///
2029     /// The two are compared by calling `cmp()` on their inner values.
2030     ///
2031     /// # Examples
2032     ///
2033     /// ```
2034     /// use std::sync::Arc;
2035     /// use std::cmp::Ordering;
2036     ///
2037     /// let five = Arc::new(5);
2038     ///
2039     /// assert_eq!(Ordering::Less, five.cmp(&Arc::new(6)));
2040     /// ```
2041     fn cmp(&self, other: &Arc<T>) -> Ordering {
2042         (**self).cmp(&**other)
2043     }
2044 }
2045 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2046 impl<T: ?Sized + Eq> Eq for Arc<T> {}
2047
2048 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2049 impl<T: ?Sized + fmt::Display> fmt::Display for Arc<T> {
2050     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
2051         fmt::Display::fmt(&**self, f)
2052     }
2053 }
2054
2055 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2056 impl<T: ?Sized + fmt::Debug> fmt::Debug for Arc<T> {
2057     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
2058         fmt::Debug::fmt(&**self, f)
2059     }
2060 }
2061
2062 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2063 impl<T: ?Sized> fmt::Pointer for Arc<T> {
2064     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
2065         fmt::Pointer::fmt(&(&**self as *const T), f)
2066     }
2067 }
2068
2069 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2070 impl<T: Default> Default for Arc<T> {
2071     /// Creates a new `Arc<T>`, with the `Default` value for `T`.
2072     ///
2073     /// # Examples
2074     ///
2075     /// ```
2076     /// use std::sync::Arc;
2077     ///
2078     /// let x: Arc<i32> = Default::default();
2079     /// assert_eq!(*x, 0);
2080     /// ```
2081     fn default() -> Arc<T> {
2082         Arc::new(Default::default())
2083     }
2084 }
2085
2086 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2087 impl<T: ?Sized + Hash> Hash for Arc<T> {
2088     fn hash<H: Hasher>(&self, state: &mut H) {
2089         (**self).hash(state)
2090     }
2091 }
2092
2093 #[stable(feature = "from_for_ptrs", since = "1.6.0")]
2094 impl<T> From<T> for Arc<T> {
2095     fn from(t: T) -> Self {
2096         Arc::new(t)
2097     }
2098 }
2099
2100 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2101 impl<T: Clone> From<&[T]> for Arc<[T]> {
2102     #[inline]
2103     fn from(v: &[T]) -> Arc<[T]> {
2104         <Self as ArcFromSlice<T>>::from_slice(v)
2105     }
2106 }
2107
2108 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2109 impl From<&str> for Arc<str> {
2110     #[inline]
2111     fn from(v: &str) -> Arc<str> {
2112         let arc = Arc::<[u8]>::from(v.as_bytes());
2113         unsafe { Arc::from_raw(Arc::into_raw(arc) as *const str) }
2114     }
2115 }
2116
2117 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2118 impl From<String> for Arc<str> {
2119     #[inline]
2120     fn from(v: String) -> Arc<str> {
2121         Arc::from(&v[..])
2122     }
2123 }
2124
2125 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2126 impl<T: ?Sized> From<Box<T>> for Arc<T> {
2127     #[inline]
2128     fn from(v: Box<T>) -> Arc<T> {
2129         Arc::from_box(v)
2130     }
2131 }
2132
2133 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2134 impl<T> From<Vec<T>> for Arc<[T]> {
2135     #[inline]
2136     fn from(mut v: Vec<T>) -> Arc<[T]> {
2137         unsafe {
2138             let arc = Arc::copy_from_slice(&v);
2139
2140             // Allow the Vec to free its memory, but not destroy its contents
2141             v.set_len(0);
2142
2143             arc
2144         }
2145     }
2146 }
2147
2148 #[stable(feature = "shared_from_cow", since = "1.45.0")]
2149 impl<'a, B> From<Cow<'a, B>> for Arc<B>
2150 where
2151     B: ToOwned + ?Sized,
2152     Arc<B>: From<&'a B> + From<B::Owned>,
2153 {
2154     #[inline]
2155     fn from(cow: Cow<'a, B>) -> Arc<B> {
2156         match cow {
2157             Cow::Borrowed(s) => Arc::from(s),
2158             Cow::Owned(s) => Arc::from(s),
2159         }
2160     }
2161 }
2162
2163 #[stable(feature = "boxed_slice_try_from", since = "1.43.0")]
2164 impl<T, const N: usize> TryFrom<Arc<[T]>> for Arc<[T; N]> {
2165     type Error = Arc<[T]>;
2166
2167     fn try_from(boxed_slice: Arc<[T]>) -> Result<Self, Self::Error> {
2168         if boxed_slice.len() == N {
2169             Ok(unsafe { Arc::from_raw(Arc::into_raw(boxed_slice) as *mut [T; N]) })
2170         } else {
2171             Err(boxed_slice)
2172         }
2173     }
2174 }
2175
2176 #[stable(feature = "shared_from_iter", since = "1.37.0")]
2177 impl<T> iter::FromIterator<T> for Arc<[T]> {
2178     /// Takes each element in the `Iterator` and collects it into an `Arc<[T]>`.
2179     ///
2180     /// # Performance characteristics
2181     ///
2182     /// ## The general case
2183     ///
2184     /// In the general case, collecting into `Arc<[T]>` is done by first
2185     /// collecting into a `Vec<T>`. That is, when writing the following:
2186     ///
2187     /// ```rust
2188     /// # use std::sync::Arc;
2189     /// let evens: Arc<[u8]> = (0..10).filter(|&x| x % 2 == 0).collect();
2190     /// # assert_eq!(&*evens, &[0, 2, 4, 6, 8]);
2191     /// ```
2192     ///
2193     /// this behaves as if we wrote:
2194     ///
2195     /// ```rust
2196     /// # use std::sync::Arc;
2197     /// let evens: Arc<[u8]> = (0..10).filter(|&x| x % 2 == 0)
2198     ///     .collect::<Vec<_>>() // The first set of allocations happens here.
2199     ///     .into(); // A second allocation for `Arc<[T]>` happens here.
2200     /// # assert_eq!(&*evens, &[0, 2, 4, 6, 8]);
2201     /// ```
2202     ///
2203     /// This will allocate as many times as needed for constructing the `Vec<T>`
2204     /// and then it will allocate once for turning the `Vec<T>` into the `Arc<[T]>`.
2205     ///
2206     /// ## Iterators of known length
2207     ///
2208     /// When your `Iterator` implements `TrustedLen` and is of an exact size,
2209     /// a single allocation will be made for the `Arc<[T]>`. For example:
2210     ///
2211     /// ```rust
2212     /// # use std::sync::Arc;
2213     /// let evens: Arc<[u8]> = (0..10).collect(); // Just a single allocation happens here.
2214     /// # assert_eq!(&*evens, &*(0..10).collect::<Vec<_>>());
2215     /// ```
2216     fn from_iter<I: iter::IntoIterator<Item = T>>(iter: I) -> Self {
2217         ToArcSlice::to_arc_slice(iter.into_iter())
2218     }
2219 }
2220
2221 /// Specialization trait used for collecting into `Arc<[T]>`.
2222 trait ToArcSlice<T>: Iterator<Item = T> + Sized {
2223     fn to_arc_slice(self) -> Arc<[T]>;
2224 }
2225
2226 impl<T, I: Iterator<Item = T>> ToArcSlice<T> for I {
2227     default fn to_arc_slice(self) -> Arc<[T]> {
2228         self.collect::<Vec<T>>().into()
2229     }
2230 }
2231
2232 impl<T, I: iter::TrustedLen<Item = T>> ToArcSlice<T> for I {
2233     fn to_arc_slice(self) -> Arc<[T]> {
2234         // This is the case for a `TrustedLen` iterator.
2235         let (low, high) = self.size_hint();
2236         if let Some(high) = high {
2237             debug_assert_eq!(
2238                 low,
2239                 high,
2240                 "TrustedLen iterator's size hint is not exact: {:?}",
2241                 (low, high)
2242             );
2243
2244             unsafe {
2245                 // SAFETY: We need to ensure that the iterator has an exact length and we have.
2246                 Arc::from_iter_exact(self, low)
2247             }
2248         } else {
2249             // Fall back to normal implementation.
2250             self.collect::<Vec<T>>().into()
2251         }
2252     }
2253 }
2254
2255 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2256 impl<T: ?Sized> borrow::Borrow<T> for Arc<T> {
2257     fn borrow(&self) -> &T {
2258         &**self
2259     }
2260 }
2261
2262 #[stable(since = "1.5.0", feature = "smart_ptr_as_ref")]
2263 impl<T: ?Sized> AsRef<T> for Arc<T> {
2264     fn as_ref(&self) -> &T {
2265         &**self
2266     }
2267 }
2268
2269 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
2270 impl<T: ?Sized> Unpin for Arc<T> {}
2271
2272 /// Get the offset within an `ArcInner` for
2273 /// a payload of type described by a pointer.
2274 ///
2275 /// # Safety
2276 ///
2277 /// This has the same safety requirements as `align_of_val_raw`. In effect:
2278 ///
2279 /// - This function is safe for any argument if `T` is sized, and
2280 /// - if `T` is unsized, the pointer must have appropriate pointer metadata
2281 ///   aquired from the real instance that you are getting this offset for.
2282 unsafe fn data_offset<T: ?Sized>(ptr: *const T) -> isize {
2283     // Align the unsized value to the end of the `ArcInner`.
2284     // Because it is `?Sized`, it will always be the last field in memory.
2285     // Note: This is a detail of the current implementation of the compiler,
2286     // and is not a guaranteed language detail. Do not rely on it outside of std.
2287     unsafe { data_offset_align(align_of_val(&*ptr)) }
2288 }
2289
2290 #[inline]
2291 fn data_offset_align(align: usize) -> isize {
2292     let layout = Layout::new::<ArcInner<()>>();
2293     (layout.size() + layout.padding_needed_for(align)) as isize
2294 }