]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/liballoc/sync.rs
Rollup merge of #63055 - Mark-Simulacrum:save-analysis-clean-2, r=Xanewok
[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::sync::atomic;
11 use core::sync::atomic::Ordering::{Acquire, Relaxed, Release, SeqCst};
12 use core::borrow;
13 use core::fmt;
14 use core::cmp::{self, Ordering};
15 use core::iter;
16 use core::intrinsics::abort;
17 use core::mem::{self, align_of, align_of_val, size_of_val};
18 use core::ops::{Deref, Receiver, CoerceUnsized, DispatchFromDyn};
19 use core::pin::Pin;
20 use core::ptr::{self, NonNull};
21 use core::marker::{Unpin, Unsize, PhantomData};
22 use core::hash::{Hash, Hasher};
23 use core::{isize, usize};
24 use core::convert::From;
25 use core::slice::{self, from_raw_parts_mut};
26
27 use crate::alloc::{Global, Alloc, Layout, box_free, handle_alloc_error};
28 use crate::boxed::Box;
29 use crate::rc::is_dangling;
30 use crate::string::String;
31 use crate::vec::Vec;
32
33 /// A soft limit on the amount of references that may be made to an `Arc`.
34 ///
35 /// Going above this limit will abort your program (although not
36 /// necessarily) at _exactly_ `MAX_REFCOUNT + 1` references.
37 const MAX_REFCOUNT: usize = (isize::MAX) as usize;
38
39 /// A thread-safe reference-counting pointer. 'Arc' stands for 'Atomically
40 /// Reference Counted'.
41 ///
42 /// The type `Arc<T>` provides shared ownership of a value of type `T`,
43 /// allocated in the heap. Invoking [`clone`][clone] on `Arc` produces
44 /// a new `Arc` instance, which points to the same value on the heap as the
45 /// source `Arc`, while increasing a reference count. When the last `Arc`
46 /// pointer to a given value is destroyed, the pointed-to value is also
47 /// destroyed.
48 ///
49 /// Shared references in Rust disallow mutation by default, and `Arc` is no
50 /// exception: you cannot generally obtain a mutable reference to something
51 /// inside an `Arc`. If you need to mutate through an `Arc`, use
52 /// [`Mutex`][mutex], [`RwLock`][rwlock], or one of the [`Atomic`][atomic]
53 /// types.
54 ///
55 /// ## Thread Safety
56 ///
57 /// Unlike [`Rc<T>`], `Arc<T>` uses atomic operations for its reference
58 /// counting. This means that it is thread-safe. The disadvantage is that
59 /// atomic operations are more expensive than ordinary memory accesses. If you
60 /// are not sharing reference-counted values between threads, consider using
61 /// [`Rc<T>`] for lower overhead. [`Rc<T>`] is a safe default, because the
62 /// compiler will catch any attempt to send an [`Rc<T>`] between threads.
63 /// However, a library might choose `Arc<T>` in order to give library consumers
64 /// more flexibility.
65 ///
66 /// `Arc<T>` will implement [`Send`] and [`Sync`] as long as the `T` implements
67 /// [`Send`] and [`Sync`]. Why can't you put a non-thread-safe type `T` in an
68 /// `Arc<T>` to make it thread-safe? This may be a bit counter-intuitive at
69 /// first: after all, isn't the point of `Arc<T>` thread safety? The key is
70 /// this: `Arc<T>` makes it thread safe to have multiple ownership of the same
71 /// data, but it  doesn't add thread safety to its data. Consider
72 /// `Arc<`[`RefCell<T>`]`>`. [`RefCell<T>`] isn't [`Sync`], and if `Arc<T>` was always
73 /// [`Send`], `Arc<`[`RefCell<T>`]`>` would be as well. But then we'd have a problem:
74 /// [`RefCell<T>`] is not thread safe; it keeps track of the borrowing count using
75 /// non-atomic operations.
76 ///
77 /// In the end, this means that you may need to pair `Arc<T>` with some sort of
78 /// [`std::sync`] type, usually [`Mutex<T>`][mutex].
79 ///
80 /// ## Breaking cycles with `Weak`
81 ///
82 /// The [`downgrade`][downgrade] method can be used to create a non-owning
83 /// [`Weak`][weak] pointer. A [`Weak`][weak] pointer can be [`upgrade`][upgrade]d
84 /// to an `Arc`, but this will return [`None`] if the value has already been
85 /// dropped.
86 ///
87 /// A cycle between `Arc` pointers will never be deallocated. For this reason,
88 /// [`Weak`][weak] is used to break cycles. For example, a tree could have
89 /// strong `Arc` pointers from parent nodes to children, and [`Weak`][weak]
90 /// pointers from children back to their parents.
91 ///
92 /// # Cloning references
93 ///
94 /// Creating a new reference from an existing reference counted pointer is done using the
95 /// `Clone` trait implemented for [`Arc<T>`][arc] and [`Weak<T>`][weak].
96 ///
97 /// ```
98 /// use std::sync::Arc;
99 /// let foo = Arc::new(vec![1.0, 2.0, 3.0]);
100 /// // The two syntaxes below are equivalent.
101 /// let a = foo.clone();
102 /// let b = Arc::clone(&foo);
103 /// // a, b, and foo are all Arcs that point to the same memory location
104 /// ```
105 ///
106 /// The [`Arc::clone(&from)`] syntax is the most idiomatic because it conveys more explicitly
107 /// the meaning of the code. In the example above, this syntax makes it easier to see that
108 /// this code is creating a new reference rather than copying the whole content of foo.
109 ///
110 /// ## `Deref` behavior
111 ///
112 /// `Arc<T>` automatically dereferences to `T` (via the [`Deref`][deref] trait),
113 /// so you can call `T`'s methods on a value of type `Arc<T>`. To avoid name
114 /// clashes with `T`'s methods, the methods of `Arc<T>` itself are associated
115 /// functions, called using function-like syntax:
116 ///
117 /// ```
118 /// use std::sync::Arc;
119 /// let my_arc = Arc::new(());
120 ///
121 /// Arc::downgrade(&my_arc);
122 /// ```
123 ///
124 /// [`Weak<T>`][weak] does not auto-dereference to `T`, because the value may have
125 /// already been destroyed.
126 ///
127 /// [arc]: struct.Arc.html
128 /// [weak]: struct.Weak.html
129 /// [`Rc<T>`]: ../../std/rc/struct.Rc.html
130 /// [clone]: ../../std/clone/trait.Clone.html#tymethod.clone
131 /// [mutex]: ../../std/sync/struct.Mutex.html
132 /// [rwlock]: ../../std/sync/struct.RwLock.html
133 /// [atomic]: ../../std/sync/atomic/index.html
134 /// [`Send`]: ../../std/marker/trait.Send.html
135 /// [`Sync`]: ../../std/marker/trait.Sync.html
136 /// [deref]: ../../std/ops/trait.Deref.html
137 /// [downgrade]: struct.Arc.html#method.downgrade
138 /// [upgrade]: struct.Weak.html#method.upgrade
139 /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
140 /// [`RefCell<T>`]: ../../std/cell/struct.RefCell.html
141 /// [`std::sync`]: ../../std/sync/index.html
142 /// [`Arc::clone(&from)`]: #method.clone
143 ///
144 /// # Examples
145 ///
146 /// Sharing some immutable data between threads:
147 ///
148 // Note that we **do not** run these tests here. The windows builders get super
149 // unhappy if a thread outlives the main thread and then exits at the same time
150 // (something deadlocks) so we just avoid this entirely by not running these
151 // tests.
152 /// ```no_run
153 /// use std::sync::Arc;
154 /// use std::thread;
155 ///
156 /// let five = Arc::new(5);
157 ///
158 /// for _ in 0..10 {
159 ///     let five = Arc::clone(&five);
160 ///
161 ///     thread::spawn(move || {
162 ///         println!("{:?}", five);
163 ///     });
164 /// }
165 /// ```
166 ///
167 /// Sharing a mutable [`AtomicUsize`]:
168 ///
169 /// [`AtomicUsize`]: ../../std/sync/atomic/struct.AtomicUsize.html
170 ///
171 /// ```no_run
172 /// use std::sync::Arc;
173 /// use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
174 /// use std::thread;
175 ///
176 /// let val = Arc::new(AtomicUsize::new(5));
177 ///
178 /// for _ in 0..10 {
179 ///     let val = Arc::clone(&val);
180 ///
181 ///     thread::spawn(move || {
182 ///         let v = val.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
183 ///         println!("{:?}", v);
184 ///     });
185 /// }
186 /// ```
187 ///
188 /// See the [`rc` documentation][rc_examples] for more examples of reference
189 /// counting in general.
190 ///
191 /// [rc_examples]: ../../std/rc/index.html#examples
192 #[cfg_attr(not(test), lang = "arc")]
193 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
194 pub struct Arc<T: ?Sized> {
195     ptr: NonNull<ArcInner<T>>,
196     phantom: PhantomData<T>,
197 }
198
199 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
200 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Send for Arc<T> {}
201 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
202 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Sync for Arc<T> {}
203
204 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
205 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Arc<U>> for Arc<T> {}
206
207 #[unstable(feature = "dispatch_from_dyn", issue = "0")]
208 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> DispatchFromDyn<Arc<U>> for Arc<T> {}
209
210 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
211     fn from_inner(ptr: NonNull<ArcInner<T>>) -> Self {
212         Self {
213             ptr,
214             phantom: PhantomData,
215         }
216     }
217
218     unsafe fn from_ptr(ptr: *mut ArcInner<T>) -> Self {
219         Self::from_inner(NonNull::new_unchecked(ptr))
220     }
221 }
222
223 /// `Weak` is a version of [`Arc`] that holds a non-owning reference to the
224 /// managed value. The value is accessed by calling [`upgrade`] on the `Weak`
225 /// pointer, which returns an [`Option`]`<`[`Arc`]`<T>>`.
226 ///
227 /// Since a `Weak` reference does not count towards ownership, it will not
228 /// prevent the inner value from being dropped, and `Weak` itself makes no
229 /// guarantees about the value still being present and may return [`None`]
230 /// when [`upgrade`]d.
231 ///
232 /// A `Weak` pointer is useful for keeping a temporary reference to the value
233 /// within [`Arc`] without extending its lifetime. It is also used to prevent
234 /// 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 = "0")]
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 `Pin<Arc<T>>`. If `T` does not implement `Unpin`, then
311     /// `data` will be pinned in memory and unable to be moved.
312     #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
313     pub fn pin(data: T) -> Pin<Arc<T>> {
314         unsafe { Pin::new_unchecked(Arc::new(data)) }
315     }
316
317     /// Returns the contained value, if the `Arc` has exactly one strong reference.
318     ///
319     /// Otherwise, an [`Err`][result] is returned with the same `Arc` that was
320     /// passed in.
321     ///
322     /// This will succeed even if there are outstanding weak references.
323     ///
324     /// [result]: ../../std/result/enum.Result.html
325     ///
326     /// # Examples
327     ///
328     /// ```
329     /// use std::sync::Arc;
330     ///
331     /// let x = Arc::new(3);
332     /// assert_eq!(Arc::try_unwrap(x), Ok(3));
333     ///
334     /// let x = Arc::new(4);
335     /// let _y = Arc::clone(&x);
336     /// assert_eq!(*Arc::try_unwrap(x).unwrap_err(), 4);
337     /// ```
338     #[inline]
339     #[stable(feature = "arc_unique", since = "1.4.0")]
340     pub fn try_unwrap(this: Self) -> Result<T, Self> {
341         // See `drop` for why all these atomics are like this
342         if this.inner().strong.compare_exchange(1, 0, Release, Relaxed).is_err() {
343             return Err(this);
344         }
345
346         atomic::fence(Acquire);
347
348         unsafe {
349             let elem = ptr::read(&this.ptr.as_ref().data);
350
351             // Make a weak pointer to clean up the implicit strong-weak reference
352             let _weak = Weak { ptr: this.ptr };
353             mem::forget(this);
354
355             Ok(elem)
356         }
357     }
358 }
359
360 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
361     /// Consumes the `Arc`, returning the wrapped pointer.
362     ///
363     /// To avoid a memory leak the pointer must be converted back to an `Arc` using
364     /// [`Arc::from_raw`][from_raw].
365     ///
366     /// [from_raw]: struct.Arc.html#method.from_raw
367     ///
368     /// # Examples
369     ///
370     /// ```
371     /// use std::sync::Arc;
372     ///
373     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
374     /// let x_ptr = Arc::into_raw(x);
375     /// assert_eq!(unsafe { &*x_ptr }, "hello");
376     /// ```
377     #[stable(feature = "rc_raw", since = "1.17.0")]
378     pub fn into_raw(this: Self) -> *const T {
379         let ptr: *const T = &*this;
380         mem::forget(this);
381         ptr
382     }
383
384     /// Constructs an `Arc` from a raw pointer.
385     ///
386     /// The raw pointer must have been previously returned by a call to a
387     /// [`Arc::into_raw`][into_raw].
388     ///
389     /// This function is unsafe because improper use may lead to memory problems. For example, a
390     /// double-free may occur if the function is called twice on the same raw pointer.
391     ///
392     /// [into_raw]: struct.Arc.html#method.into_raw
393     ///
394     /// # Examples
395     ///
396     /// ```
397     /// use std::sync::Arc;
398     ///
399     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
400     /// let x_ptr = Arc::into_raw(x);
401     ///
402     /// unsafe {
403     ///     // Convert back to an `Arc` to prevent leak.
404     ///     let x = Arc::from_raw(x_ptr);
405     ///     assert_eq!(&*x, "hello");
406     ///
407     ///     // Further calls to `Arc::from_raw(x_ptr)` would be memory unsafe.
408     /// }
409     ///
410     /// // The memory was freed when `x` went out of scope above, so `x_ptr` is now dangling!
411     /// ```
412     #[stable(feature = "rc_raw", since = "1.17.0")]
413     pub unsafe fn from_raw(ptr: *const T) -> Self {
414         let offset = data_offset(ptr);
415
416         // Reverse the offset to find the original ArcInner.
417         let fake_ptr = ptr as *mut ArcInner<T>;
418         let arc_ptr = set_data_ptr(fake_ptr, (ptr as *mut u8).offset(-offset));
419
420         Self::from_ptr(arc_ptr)
421     }
422
423     /// Consumes the `Arc`, returning the wrapped pointer as `NonNull<T>`.
424     ///
425     /// # Examples
426     ///
427     /// ```
428     /// #![feature(rc_into_raw_non_null)]
429     ///
430     /// use std::sync::Arc;
431     ///
432     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
433     /// let ptr = Arc::into_raw_non_null(x);
434     /// let deref = unsafe { ptr.as_ref() };
435     /// assert_eq!(deref, "hello");
436     /// ```
437     #[unstable(feature = "rc_into_raw_non_null", issue = "47336")]
438     #[inline]
439     pub fn into_raw_non_null(this: Self) -> NonNull<T> {
440         // safe because Arc guarantees its pointer is non-null
441         unsafe { NonNull::new_unchecked(Arc::into_raw(this) as *mut _) }
442     }
443
444     /// Creates a new [`Weak`][weak] pointer to this value.
445     ///
446     /// [weak]: struct.Weak.html
447     ///
448     /// # Examples
449     ///
450     /// ```
451     /// use std::sync::Arc;
452     ///
453     /// let five = Arc::new(5);
454     ///
455     /// let weak_five = Arc::downgrade(&five);
456     /// ```
457     #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
458     pub fn downgrade(this: &Self) -> Weak<T> {
459         // This Relaxed is OK because we're checking the value in the CAS
460         // below.
461         let mut cur = this.inner().weak.load(Relaxed);
462
463         loop {
464             // check if the weak counter is currently "locked"; if so, spin.
465             if cur == usize::MAX {
466                 cur = this.inner().weak.load(Relaxed);
467                 continue;
468             }
469
470             // NOTE: this code currently ignores the possibility of overflow
471             // into usize::MAX; in general both Rc and Arc need to be adjusted
472             // to deal with overflow.
473
474             // Unlike with Clone(), we need this to be an Acquire read to
475             // synchronize with the write coming from `is_unique`, so that the
476             // events prior to that write happen before this read.
477             match this.inner().weak.compare_exchange_weak(cur, cur + 1, Acquire, Relaxed) {
478                 Ok(_) => {
479                     // Make sure we do not create a dangling Weak
480                     debug_assert!(!is_dangling(this.ptr));
481                     return Weak { ptr: this.ptr };
482                 }
483                 Err(old) => cur = old,
484             }
485         }
486     }
487
488     /// Gets the number of [`Weak`][weak] pointers to this value.
489     ///
490     /// [weak]: struct.Weak.html
491     ///
492     /// # Safety
493     ///
494     /// This method by itself is safe, but using it correctly requires extra care.
495     /// Another thread can change the weak count at any time,
496     /// including potentially between calling this method and acting on the result.
497     ///
498     /// # Examples
499     ///
500     /// ```
501     /// use std::sync::Arc;
502     ///
503     /// let five = Arc::new(5);
504     /// let _weak_five = Arc::downgrade(&five);
505     ///
506     /// // This assertion is deterministic because we haven't shared
507     /// // the `Arc` or `Weak` between threads.
508     /// assert_eq!(1, Arc::weak_count(&five));
509     /// ```
510     #[inline]
511     #[stable(feature = "arc_counts", since = "1.15.0")]
512     pub fn weak_count(this: &Self) -> usize {
513         let cnt = this.inner().weak.load(SeqCst);
514         // If the weak count is currently locked, the value of the
515         // count was 0 just before taking the lock.
516         if cnt == usize::MAX { 0 } else { cnt - 1 }
517     }
518
519     /// Gets the number of strong (`Arc`) pointers to this value.
520     ///
521     /// # Safety
522     ///
523     /// This method by itself is safe, but using it correctly requires extra care.
524     /// Another thread can change the strong count at any time,
525     /// including potentially between calling this method and acting on the result.
526     ///
527     /// # Examples
528     ///
529     /// ```
530     /// use std::sync::Arc;
531     ///
532     /// let five = Arc::new(5);
533     /// let _also_five = Arc::clone(&five);
534     ///
535     /// // This assertion is deterministic because we haven't shared
536     /// // the `Arc` between threads.
537     /// assert_eq!(2, Arc::strong_count(&five));
538     /// ```
539     #[inline]
540     #[stable(feature = "arc_counts", since = "1.15.0")]
541     pub fn strong_count(this: &Self) -> usize {
542         this.inner().strong.load(SeqCst)
543     }
544
545     #[inline]
546     fn inner(&self) -> &ArcInner<T> {
547         // This unsafety is ok because while this arc is alive we're guaranteed
548         // that the inner pointer is valid. Furthermore, we know that the
549         // `ArcInner` structure itself is `Sync` because the inner data is
550         // `Sync` as well, so we're ok loaning out an immutable pointer to these
551         // contents.
552         unsafe { self.ptr.as_ref() }
553     }
554
555     // Non-inlined part of `drop`.
556     #[inline(never)]
557     unsafe fn drop_slow(&mut self) {
558         // Destroy the data at this time, even though we may not free the box
559         // allocation itself (there may still be weak pointers lying around).
560         ptr::drop_in_place(&mut self.ptr.as_mut().data);
561
562         if self.inner().weak.fetch_sub(1, Release) == 1 {
563             atomic::fence(Acquire);
564             Global.dealloc(self.ptr.cast(), Layout::for_value(self.ptr.as_ref()))
565         }
566     }
567
568     #[inline]
569     #[stable(feature = "ptr_eq", since = "1.17.0")]
570     /// Returns `true` if the two `Arc`s point to the same value (not
571     /// just values that compare as equal).
572     ///
573     /// # Examples
574     ///
575     /// ```
576     /// use std::sync::Arc;
577     ///
578     /// let five = Arc::new(5);
579     /// let same_five = Arc::clone(&five);
580     /// let other_five = Arc::new(5);
581     ///
582     /// assert!(Arc::ptr_eq(&five, &same_five));
583     /// assert!(!Arc::ptr_eq(&five, &other_five));
584     /// ```
585     pub fn ptr_eq(this: &Self, other: &Self) -> bool {
586         this.ptr.as_ptr() == other.ptr.as_ptr()
587     }
588 }
589
590 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
591     /// Allocates an `ArcInner<T>` with sufficient space for
592     /// an unsized value where the value has the layout provided.
593     ///
594     /// The function `mem_to_arcinner` is called with the data pointer
595     /// and must return back a (potentially fat)-pointer for the `ArcInner<T>`.
596     unsafe fn allocate_for_unsized(
597         value_layout: Layout,
598         mem_to_arcinner: impl FnOnce(*mut u8) -> *mut ArcInner<T>
599     ) -> *mut ArcInner<T> {
600         // Calculate layout using the given value layout.
601         // Previously, layout was calculated on the expression
602         // `&*(ptr as *const ArcInner<T>)`, but this created a misaligned
603         // reference (see #54908).
604         let layout = Layout::new::<ArcInner<()>>()
605             .extend(value_layout).unwrap().0
606             .pad_to_align().unwrap();
607
608         let mem = Global.alloc(layout)
609             .unwrap_or_else(|_| handle_alloc_error(layout));
610
611         // Initialize the ArcInner
612         let inner = mem_to_arcinner(mem.as_ptr());
613         debug_assert_eq!(Layout::for_value(&*inner), layout);
614
615         ptr::write(&mut (*inner).strong, atomic::AtomicUsize::new(1));
616         ptr::write(&mut (*inner).weak, atomic::AtomicUsize::new(1));
617
618         inner
619     }
620
621     /// Allocates an `ArcInner<T>` with sufficient space for an unsized value.
622     unsafe fn allocate_for_ptr(ptr: *const T) -> *mut ArcInner<T> {
623         // Allocate for the `ArcInner<T>` using the given value.
624         Self::allocate_for_unsized(
625             Layout::for_value(&*ptr),
626             |mem| set_data_ptr(ptr as *mut T, mem) as *mut ArcInner<T>,
627         )
628     }
629
630     fn from_box(v: Box<T>) -> Arc<T> {
631         unsafe {
632             let box_unique = Box::into_unique(v);
633             let bptr = box_unique.as_ptr();
634
635             let value_size = size_of_val(&*bptr);
636             let ptr = Self::allocate_for_ptr(bptr);
637
638             // Copy value as bytes
639             ptr::copy_nonoverlapping(
640                 bptr as *const T as *const u8,
641                 &mut (*ptr).data as *mut _ as *mut u8,
642                 value_size);
643
644             // Free the allocation without dropping its contents
645             box_free(box_unique);
646
647             Self::from_ptr(ptr)
648         }
649     }
650 }
651
652 impl<T> Arc<[T]> {
653     /// Allocates an `ArcInner<[T]>` with the given length.
654     unsafe fn allocate_for_slice(len: usize) -> *mut ArcInner<[T]> {
655         Self::allocate_for_unsized(
656             Layout::array::<T>(len).unwrap(),
657             |mem| ptr::slice_from_raw_parts_mut(mem as *mut T, len) as *mut ArcInner<[T]>,
658         )
659     }
660 }
661
662 /// Sets the data pointer of a `?Sized` raw pointer.
663 ///
664 /// For a slice/trait object, this sets the `data` field and leaves the rest
665 /// unchanged. For a sized raw pointer, this simply sets the pointer.
666 unsafe fn set_data_ptr<T: ?Sized, U>(mut ptr: *mut T, data: *mut U) -> *mut T {
667     ptr::write(&mut ptr as *mut _ as *mut *mut u8, data as *mut u8);
668     ptr
669 }
670
671 impl<T> Arc<[T]> {
672     /// Copy elements from slice into newly allocated Arc<[T]>
673     ///
674     /// Unsafe because the caller must either take ownership or bind `T: Copy`.
675     unsafe fn copy_from_slice(v: &[T]) -> Arc<[T]> {
676         let ptr = Self::allocate_for_slice(v.len());
677
678         ptr::copy_nonoverlapping(
679             v.as_ptr(),
680             &mut (*ptr).data as *mut [T] as *mut T,
681             v.len());
682
683         Self::from_ptr(ptr)
684     }
685
686     /// Constructs an `Arc<[T]>` from an iterator known to be of a certain size.
687     ///
688     /// Behavior is undefined should the size be wrong.
689     unsafe fn from_iter_exact(iter: impl iter::Iterator<Item = T>, len: usize) -> Arc<[T]> {
690         // Panic guard while cloning T elements.
691         // In the event of a panic, elements that have been written
692         // into the new ArcInner will be dropped, then the memory freed.
693         struct Guard<T> {
694             mem: NonNull<u8>,
695             elems: *mut T,
696             layout: Layout,
697             n_elems: usize,
698         }
699
700         impl<T> Drop for Guard<T> {
701             fn drop(&mut self) {
702                 unsafe {
703                     let slice = from_raw_parts_mut(self.elems, self.n_elems);
704                     ptr::drop_in_place(slice);
705
706                     Global.dealloc(self.mem.cast(), self.layout);
707                 }
708             }
709         }
710
711         let ptr = Self::allocate_for_slice(len);
712
713         let mem = ptr as *mut _ as *mut u8;
714         let layout = Layout::for_value(&*ptr);
715
716         // Pointer to first element
717         let elems = &mut (*ptr).data as *mut [T] as *mut T;
718
719         let mut guard = Guard {
720             mem: NonNull::new_unchecked(mem),
721             elems,
722             layout,
723             n_elems: 0,
724         };
725
726         for (i, item) in iter.enumerate() {
727             ptr::write(elems.add(i), item);
728             guard.n_elems += 1;
729         }
730
731         // All clear. Forget the guard so it doesn't free the new ArcInner.
732         mem::forget(guard);
733
734         Self::from_ptr(ptr)
735     }
736 }
737
738 /// Specialization trait used for `From<&[T]>`.
739 trait ArcFromSlice<T> {
740     fn from_slice(slice: &[T]) -> Self;
741 }
742
743 impl<T: Clone> ArcFromSlice<T> for Arc<[T]> {
744     #[inline]
745     default fn from_slice(v: &[T]) -> Self {
746         unsafe {
747             Self::from_iter_exact(v.iter().cloned(), v.len())
748         }
749     }
750 }
751
752 impl<T: Copy> ArcFromSlice<T> for Arc<[T]> {
753     #[inline]
754     fn from_slice(v: &[T]) -> Self {
755         unsafe { Arc::copy_from_slice(v) }
756     }
757 }
758
759 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
760 impl<T: ?Sized> Clone for Arc<T> {
761     /// Makes a clone of the `Arc` pointer.
762     ///
763     /// This creates another pointer to the same inner value, increasing the
764     /// strong reference count.
765     ///
766     /// # Examples
767     ///
768     /// ```
769     /// use std::sync::Arc;
770     ///
771     /// let five = Arc::new(5);
772     ///
773     /// let _ = Arc::clone(&five);
774     /// ```
775     #[inline]
776     fn clone(&self) -> Arc<T> {
777         // Using a relaxed ordering is alright here, as knowledge of the
778         // original reference prevents other threads from erroneously deleting
779         // the object.
780         //
781         // As explained in the [Boost documentation][1], Increasing the
782         // reference counter can always be done with memory_order_relaxed: New
783         // references to an object can only be formed from an existing
784         // reference, and passing an existing reference from one thread to
785         // another must already provide any required synchronization.
786         //
787         // [1]: (www.boost.org/doc/libs/1_55_0/doc/html/atomic/usage_examples.html)
788         let old_size = self.inner().strong.fetch_add(1, Relaxed);
789
790         // However we need to guard against massive refcounts in case someone
791         // is `mem::forget`ing Arcs. If we don't do this the count can overflow
792         // and users will use-after free. We racily saturate to `isize::MAX` on
793         // the assumption that there aren't ~2 billion threads incrementing
794         // the reference count at once. This branch will never be taken in
795         // any realistic program.
796         //
797         // We abort because such a program is incredibly degenerate, and we
798         // don't care to support it.
799         if old_size > MAX_REFCOUNT {
800             unsafe {
801                 abort();
802             }
803         }
804
805         Self::from_inner(self.ptr)
806     }
807 }
808
809 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
810 impl<T: ?Sized> Deref for Arc<T> {
811     type Target = T;
812
813     #[inline]
814     fn deref(&self) -> &T {
815         &self.inner().data
816     }
817 }
818
819 #[unstable(feature = "receiver_trait", issue = "0")]
820 impl<T: ?Sized> Receiver for Arc<T> {}
821
822 impl<T: Clone> Arc<T> {
823     /// Makes a mutable reference into the given `Arc`.
824     ///
825     /// If there are other `Arc` or [`Weak`][weak] pointers to the same value,
826     /// then `make_mut` will invoke [`clone`][clone] on the inner value to
827     /// ensure unique ownership. This is also referred to as clone-on-write.
828     ///
829     /// See also [`get_mut`][get_mut], which will fail rather than cloning.
830     ///
831     /// [weak]: struct.Weak.html
832     /// [clone]: ../../std/clone/trait.Clone.html#tymethod.clone
833     /// [get_mut]: struct.Arc.html#method.get_mut
834     ///
835     /// # Examples
836     ///
837     /// ```
838     /// use std::sync::Arc;
839     ///
840     /// let mut data = Arc::new(5);
841     ///
842     /// *Arc::make_mut(&mut data) += 1;         // Won't clone anything
843     /// let mut other_data = Arc::clone(&data); // Won't clone inner data
844     /// *Arc::make_mut(&mut data) += 1;         // Clones inner data
845     /// *Arc::make_mut(&mut data) += 1;         // Won't clone anything
846     /// *Arc::make_mut(&mut other_data) *= 2;   // Won't clone anything
847     ///
848     /// // Now `data` and `other_data` point to different values.
849     /// assert_eq!(*data, 8);
850     /// assert_eq!(*other_data, 12);
851     /// ```
852     #[inline]
853     #[stable(feature = "arc_unique", since = "1.4.0")]
854     pub fn make_mut(this: &mut Self) -> &mut T {
855         // Note that we hold both a strong reference and a weak reference.
856         // Thus, releasing our strong reference only will not, by itself, cause
857         // the memory to be deallocated.
858         //
859         // Use Acquire to ensure that we see any writes to `weak` that happen
860         // before release writes (i.e., decrements) to `strong`. Since we hold a
861         // weak count, there's no chance the ArcInner itself could be
862         // deallocated.
863         if this.inner().strong.compare_exchange(1, 0, Acquire, Relaxed).is_err() {
864             // Another strong pointer exists; clone
865             *this = Arc::new((**this).clone());
866         } else if this.inner().weak.load(Relaxed) != 1 {
867             // Relaxed suffices in the above because this is fundamentally an
868             // optimization: we are always racing with weak pointers being
869             // dropped. Worst case, we end up allocated a new Arc unnecessarily.
870
871             // We removed the last strong ref, but there are additional weak
872             // refs remaining. We'll move the contents to a new Arc, and
873             // invalidate the other weak refs.
874
875             // Note that it is not possible for the read of `weak` to yield
876             // usize::MAX (i.e., locked), since the weak count can only be
877             // locked by a thread with a strong reference.
878
879             // Materialize our own implicit weak pointer, so that it can clean
880             // up the ArcInner as needed.
881             let weak = Weak { ptr: this.ptr };
882
883             // mark the data itself as already deallocated
884             unsafe {
885                 // there is no data race in the implicit write caused by `read`
886                 // here (due to zeroing) because data is no longer accessed by
887                 // other threads (due to there being no more strong refs at this
888                 // point).
889                 let mut swap = Arc::new(ptr::read(&weak.ptr.as_ref().data));
890                 mem::swap(this, &mut swap);
891                 mem::forget(swap);
892             }
893         } else {
894             // We were the sole reference of either kind; bump back up the
895             // strong ref count.
896             this.inner().strong.store(1, Release);
897         }
898
899         // As with `get_mut()`, the unsafety is ok because our reference was
900         // either unique to begin with, or became one upon cloning the contents.
901         unsafe {
902             &mut this.ptr.as_mut().data
903         }
904     }
905 }
906
907 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
908     /// Returns a mutable reference to the inner value, if there are
909     /// no other `Arc` or [`Weak`][weak] pointers to the same value.
910     ///
911     /// Returns [`None`][option] otherwise, because it is not safe to
912     /// mutate a shared value.
913     ///
914     /// See also [`make_mut`][make_mut], which will [`clone`][clone]
915     /// the inner value when it's shared.
916     ///
917     /// [weak]: struct.Weak.html
918     /// [option]: ../../std/option/enum.Option.html
919     /// [make_mut]: struct.Arc.html#method.make_mut
920     /// [clone]: ../../std/clone/trait.Clone.html#tymethod.clone
921     ///
922     /// # Examples
923     ///
924     /// ```
925     /// use std::sync::Arc;
926     ///
927     /// let mut x = Arc::new(3);
928     /// *Arc::get_mut(&mut x).unwrap() = 4;
929     /// assert_eq!(*x, 4);
930     ///
931     /// let _y = Arc::clone(&x);
932     /// assert!(Arc::get_mut(&mut x).is_none());
933     /// ```
934     #[inline]
935     #[stable(feature = "arc_unique", since = "1.4.0")]
936     pub fn get_mut(this: &mut Self) -> Option<&mut T> {
937         if this.is_unique() {
938             // This unsafety is ok because we're guaranteed that the pointer
939             // returned is the *only* pointer that will ever be returned to T. Our
940             // reference count is guaranteed to be 1 at this point, and we required
941             // the Arc itself to be `mut`, so we're returning the only possible
942             // reference to the inner data.
943             unsafe {
944                 Some(&mut this.ptr.as_mut().data)
945             }
946         } else {
947             None
948         }
949     }
950
951     /// Determine whether this is the unique reference (including weak refs) to
952     /// the underlying data.
953     ///
954     /// Note that this requires locking the weak ref count.
955     fn is_unique(&mut self) -> bool {
956         // lock the weak pointer count if we appear to be the sole weak pointer
957         // holder.
958         //
959         // The acquire label here ensures a happens-before relationship with any
960         // writes to `strong` (in particular in `Weak::upgrade`) prior to decrements
961         // of the `weak` count (via `Weak::drop`, which uses release).  If the upgraded
962         // weak ref was never dropped, the CAS here will fail so we do not care to synchronize.
963         if self.inner().weak.compare_exchange(1, usize::MAX, Acquire, Relaxed).is_ok() {
964             // This needs to be an `Acquire` to synchronize with the decrement of the `strong`
965             // counter in `drop` -- the only access that happens when any but the last reference
966             // is being dropped.
967             let unique = self.inner().strong.load(Acquire) == 1;
968
969             // The release write here synchronizes with a read in `downgrade`,
970             // effectively preventing the above read of `strong` from happening
971             // after the write.
972             self.inner().weak.store(1, Release); // release the lock
973             unique
974         } else {
975             false
976         }
977     }
978 }
979
980 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
981 unsafe impl<#[may_dangle] T: ?Sized> Drop for Arc<T> {
982     /// Drops the `Arc`.
983     ///
984     /// This will decrement the strong reference count. If the strong reference
985     /// count reaches zero then the only other references (if any) are
986     /// [`Weak`], so we `drop` the inner value.
987     ///
988     /// # Examples
989     ///
990     /// ```
991     /// use std::sync::Arc;
992     ///
993     /// struct Foo;
994     ///
995     /// impl Drop for Foo {
996     ///     fn drop(&mut self) {
997     ///         println!("dropped!");
998     ///     }
999     /// }
1000     ///
1001     /// let foo  = Arc::new(Foo);
1002     /// let foo2 = Arc::clone(&foo);
1003     ///
1004     /// drop(foo);    // Doesn't print anything
1005     /// drop(foo2);   // Prints "dropped!"
1006     /// ```
1007     ///
1008     /// [`Weak`]: ../../std/sync/struct.Weak.html
1009     #[inline]
1010     fn drop(&mut self) {
1011         // Because `fetch_sub` is already atomic, we do not need to synchronize
1012         // with other threads unless we are going to delete the object. This
1013         // same logic applies to the below `fetch_sub` to the `weak` count.
1014         if self.inner().strong.fetch_sub(1, Release) != 1 {
1015             return;
1016         }
1017
1018         // This fence is needed to prevent reordering of use of the data and
1019         // deletion of the data.  Because it is marked `Release`, the decreasing
1020         // of the reference count synchronizes with this `Acquire` fence. This
1021         // means that use of the data happens before decreasing the reference
1022         // count, which happens before this fence, which happens before the
1023         // deletion of the data.
1024         //
1025         // As explained in the [Boost documentation][1],
1026         //
1027         // > It is important to enforce any possible access to the object in one
1028         // > thread (through an existing reference) to *happen before* deleting
1029         // > the object in a different thread. This is achieved by a "release"
1030         // > operation after dropping a reference (any access to the object
1031         // > through this reference must obviously happened before), and an
1032         // > "acquire" operation before deleting the object.
1033         //
1034         // In particular, while the contents of an Arc are usually immutable, it's
1035         // possible to have interior writes to something like a Mutex<T>. Since a
1036         // Mutex is not acquired when it is deleted, we can't rely on its
1037         // synchronization logic to make writes in thread A visible to a destructor
1038         // running in thread B.
1039         //
1040         // Also note that the Acquire fence here could probably be replaced with an
1041         // Acquire load, which could improve performance in highly-contended
1042         // situations. See [2].
1043         //
1044         // [1]: (www.boost.org/doc/libs/1_55_0/doc/html/atomic/usage_examples.html)
1045         // [2]: (https://github.com/rust-lang/rust/pull/41714)
1046         atomic::fence(Acquire);
1047
1048         unsafe {
1049             self.drop_slow();
1050         }
1051     }
1052 }
1053
1054 impl Arc<dyn Any + Send + Sync> {
1055     #[inline]
1056     #[stable(feature = "rc_downcast", since = "1.29.0")]
1057     /// Attempt to downcast the `Arc<dyn Any + Send + Sync>` to a concrete type.
1058     ///
1059     /// # Examples
1060     ///
1061     /// ```
1062     /// use std::any::Any;
1063     /// use std::sync::Arc;
1064     ///
1065     /// fn print_if_string(value: Arc<dyn Any + Send + Sync>) {
1066     ///     if let Ok(string) = value.downcast::<String>() {
1067     ///         println!("String ({}): {}", string.len(), string);
1068     ///     }
1069     /// }
1070     ///
1071     /// fn main() {
1072     ///     let my_string = "Hello World".to_string();
1073     ///     print_if_string(Arc::new(my_string));
1074     ///     print_if_string(Arc::new(0i8));
1075     /// }
1076     /// ```
1077     pub fn downcast<T>(self) -> Result<Arc<T>, Self>
1078     where
1079         T: Any + Send + Sync + 'static,
1080     {
1081         if (*self).is::<T>() {
1082             let ptr = self.ptr.cast::<ArcInner<T>>();
1083             mem::forget(self);
1084             Ok(Arc::from_inner(ptr))
1085         } else {
1086             Err(self)
1087         }
1088     }
1089 }
1090
1091 impl<T> Weak<T> {
1092     /// Constructs a new `Weak<T>`, without allocating any memory.
1093     /// Calling [`upgrade`] on the return value always gives [`None`].
1094     ///
1095     /// [`upgrade`]: struct.Weak.html#method.upgrade
1096     /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
1097     ///
1098     /// # Examples
1099     ///
1100     /// ```
1101     /// use std::sync::Weak;
1102     ///
1103     /// let empty: Weak<i64> = Weak::new();
1104     /// assert!(empty.upgrade().is_none());
1105     /// ```
1106     #[stable(feature = "downgraded_weak", since = "1.10.0")]
1107     pub fn new() -> Weak<T> {
1108         Weak {
1109             ptr: NonNull::new(usize::MAX as *mut ArcInner<T>).expect("MAX is not 0"),
1110         }
1111     }
1112
1113     /// Returns a raw pointer to the object `T` pointed to by this `Weak<T>`.
1114     ///
1115     /// It is up to the caller to ensure that the object is still alive when accessing it through
1116     /// the pointer.
1117     ///
1118     /// The pointer may be [`null`] or be dangling in case the object has already been destroyed.
1119     ///
1120     /// # Examples
1121     ///
1122     /// ```
1123     /// #![feature(weak_into_raw)]
1124     ///
1125     /// use std::sync::Arc;
1126     /// use std::ptr;
1127     ///
1128     /// let strong = Arc::new("hello".to_owned());
1129     /// let weak = Arc::downgrade(&strong);
1130     /// // Both point to the same object
1131     /// assert!(ptr::eq(&*strong, weak.as_raw()));
1132     /// // The strong here keeps it alive, so we can still access the object.
1133     /// assert_eq!("hello", unsafe { &*weak.as_raw() });
1134     ///
1135     /// drop(strong);
1136     /// // But not any more. We can do weak.as_raw(), but accessing the pointer would lead to
1137     /// // undefined behaviour.
1138     /// // assert_eq!("hello", unsafe { &*weak.as_raw() });
1139     /// ```
1140     ///
1141     /// [`null`]: ../../std/ptr/fn.null.html
1142     #[unstable(feature = "weak_into_raw", issue = "60728")]
1143     pub fn as_raw(&self) -> *const T {
1144         match self.inner() {
1145             None => ptr::null(),
1146             Some(inner) => {
1147                 let offset = data_offset_sized::<T>();
1148                 let ptr = inner as *const ArcInner<T>;
1149                 // Note: while the pointer we create may already point to dropped value, the
1150                 // allocation still lives (it must hold the weak point as long as we are alive).
1151                 // Therefore, the offset is OK to do, it won't get out of the allocation.
1152                 let ptr = unsafe { (ptr as *const u8).offset(offset) };
1153                 ptr as *const T
1154             }
1155         }
1156     }
1157
1158     /// Consumes the `Weak<T>` and turns it into a raw pointer.
1159     ///
1160     /// This converts the weak pointer into a raw pointer, preserving the original weak count. It
1161     /// can be turned back into the `Weak<T>` with [`from_raw`].
1162     ///
1163     /// The same restrictions of accessing the target of the pointer as with
1164     /// [`as_raw`] apply.
1165     ///
1166     /// # Examples
1167     ///
1168     /// ```
1169     /// #![feature(weak_into_raw)]
1170     ///
1171     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1172     ///
1173     /// let strong = Arc::new("hello".to_owned());
1174     /// let weak = Arc::downgrade(&strong);
1175     /// let raw = weak.into_raw();
1176     ///
1177     /// assert_eq!(1, Arc::weak_count(&strong));
1178     /// assert_eq!("hello", unsafe { &*raw });
1179     ///
1180     /// drop(unsafe { Weak::from_raw(raw) });
1181     /// assert_eq!(0, Arc::weak_count(&strong));
1182     /// ```
1183     ///
1184     /// [`from_raw`]: struct.Weak.html#method.from_raw
1185     /// [`as_raw`]: struct.Weak.html#method.as_raw
1186     #[unstable(feature = "weak_into_raw", issue = "60728")]
1187     pub fn into_raw(self) -> *const T {
1188         let result = self.as_raw();
1189         mem::forget(self);
1190         result
1191     }
1192
1193     /// Converts a raw pointer previously created by [`into_raw`] back into
1194     /// `Weak<T>`.
1195     ///
1196     /// This can be used to safely get a strong reference (by calling [`upgrade`]
1197     /// later) or to deallocate the weak count by dropping the `Weak<T>`.
1198     ///
1199     /// It takes ownership of one weak count. In case a [`null`] is passed, a dangling [`Weak`] is
1200     /// returned.
1201     ///
1202     /// # Safety
1203     ///
1204     /// The pointer must represent one valid weak count. In other words, it must point to `T` which
1205     /// is or *was* managed by an [`Arc`] and the weak count of that [`Arc`] must not have reached
1206     /// 0. It is allowed for the strong count to be 0.
1207     ///
1208     /// # Examples
1209     ///
1210     /// ```
1211     /// #![feature(weak_into_raw)]
1212     ///
1213     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1214     ///
1215     /// let strong = Arc::new("hello".to_owned());
1216     ///
1217     /// let raw_1 = Arc::downgrade(&strong).into_raw();
1218     /// let raw_2 = Arc::downgrade(&strong).into_raw();
1219     ///
1220     /// assert_eq!(2, Arc::weak_count(&strong));
1221     ///
1222     /// assert_eq!("hello", &*unsafe { Weak::from_raw(raw_1) }.upgrade().unwrap());
1223     /// assert_eq!(1, Arc::weak_count(&strong));
1224     ///
1225     /// drop(strong);
1226     ///
1227     /// // Decrement the last weak count.
1228     /// assert!(unsafe { Weak::from_raw(raw_2) }.upgrade().is_none());
1229     /// ```
1230     ///
1231     /// [`null`]: ../../std/ptr/fn.null.html
1232     /// [`into_raw`]: struct.Weak.html#method.into_raw
1233     /// [`upgrade`]: struct.Weak.html#method.upgrade
1234     /// [`Weak`]: struct.Weak.html
1235     /// [`Arc`]: struct.Arc.html
1236     #[unstable(feature = "weak_into_raw", issue = "60728")]
1237     pub unsafe fn from_raw(ptr: *const T) -> Self {
1238         if ptr.is_null() {
1239             Self::new()
1240         } else {
1241             // See Arc::from_raw for details
1242             let offset = data_offset(ptr);
1243             let fake_ptr = ptr as *mut ArcInner<T>;
1244             let ptr = set_data_ptr(fake_ptr, (ptr as *mut u8).offset(-offset));
1245             Weak {
1246                 ptr: NonNull::new(ptr).expect("Invalid pointer passed to from_raw"),
1247             }
1248         }
1249     }
1250 }
1251
1252 impl<T: ?Sized> Weak<T> {
1253     /// Attempts to upgrade the `Weak` pointer to an [`Arc`], extending
1254     /// the lifetime of the value if successful.
1255     ///
1256     /// Returns [`None`] if the value has since been dropped.
1257     ///
1258     /// [`Arc`]: struct.Arc.html
1259     /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
1260     ///
1261     /// # Examples
1262     ///
1263     /// ```
1264     /// use std::sync::Arc;
1265     ///
1266     /// let five = Arc::new(5);
1267     ///
1268     /// let weak_five = Arc::downgrade(&five);
1269     ///
1270     /// let strong_five: Option<Arc<_>> = weak_five.upgrade();
1271     /// assert!(strong_five.is_some());
1272     ///
1273     /// // Destroy all strong pointers.
1274     /// drop(strong_five);
1275     /// drop(five);
1276     ///
1277     /// assert!(weak_five.upgrade().is_none());
1278     /// ```
1279     #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
1280     pub fn upgrade(&self) -> Option<Arc<T>> {
1281         // We use a CAS loop to increment the strong count instead of a
1282         // fetch_add because once the count hits 0 it must never be above 0.
1283         let inner = self.inner()?;
1284
1285         // Relaxed load because any write of 0 that we can observe
1286         // leaves the field in a permanently zero state (so a
1287         // "stale" read of 0 is fine), and any other value is
1288         // confirmed via the CAS below.
1289         let mut n = inner.strong.load(Relaxed);
1290
1291         loop {
1292             if n == 0 {
1293                 return None;
1294             }
1295
1296             // See comments in `Arc::clone` for why we do this (for `mem::forget`).
1297             if n > MAX_REFCOUNT {
1298                 unsafe {
1299                     abort();
1300                 }
1301             }
1302
1303             // Relaxed is valid for the same reason it is on Arc's Clone impl
1304             match inner.strong.compare_exchange_weak(n, n + 1, Relaxed, Relaxed) {
1305                 Ok(_) => return Some(Arc::from_inner(self.ptr)), // null checked above
1306                 Err(old) => n = old,
1307             }
1308         }
1309     }
1310
1311     /// Gets the number of strong (`Arc`) pointers pointing to this value.
1312     ///
1313     /// If `self` was created using [`Weak::new`], this will return 0.
1314     ///
1315     /// [`Weak::new`]: #method.new
1316     #[unstable(feature = "weak_counts", issue = "57977")]
1317     pub fn strong_count(&self) -> usize {
1318         if let Some(inner) = self.inner() {
1319             inner.strong.load(SeqCst)
1320         } else {
1321             0
1322         }
1323     }
1324
1325     /// Gets an approximation of the number of `Weak` pointers pointing to this
1326     /// value.
1327     ///
1328     /// If `self` was created using [`Weak::new`], this will return 0. If not,
1329     /// the returned value is at least 1, since `self` still points to the
1330     /// value.
1331     ///
1332     /// # Accuracy
1333     ///
1334     /// Due to implementation details, the returned value can be off by 1 in
1335     /// either direction when other threads are manipulating any `Arc`s or
1336     /// `Weak`s pointing to the same value.
1337     ///
1338     /// [`Weak::new`]: #method.new
1339     #[unstable(feature = "weak_counts", issue = "57977")]
1340     pub fn weak_count(&self) -> Option<usize> {
1341         // Due to the implicit weak pointer added when any strong pointers are
1342         // around, we cannot implement `weak_count` correctly since it
1343         // necessarily requires accessing the strong count and weak count in an
1344         // unsynchronized fashion. So this version is a bit racy.
1345         self.inner().map(|inner| {
1346             let strong = inner.strong.load(SeqCst);
1347             let weak = inner.weak.load(SeqCst);
1348             if strong == 0 {
1349                 // If the last `Arc` has *just* been dropped, it might not yet
1350                 // have removed the implicit weak count, so the value we get
1351                 // here might be 1 too high.
1352                 weak
1353             } else {
1354                 // As long as there's still at least 1 `Arc` around, subtract
1355                 // the implicit weak pointer.
1356                 // Note that the last `Arc` might get dropped between the 2
1357                 // loads we do above, removing the implicit weak pointer. This
1358                 // means that the value might be 1 too low here. In order to not
1359                 // return 0 here (which would happen if we're the only weak
1360                 // pointer), we guard against that specifically.
1361                 cmp::max(1, weak - 1)
1362             }
1363         })
1364     }
1365
1366     /// Returns `None` when the pointer is dangling and there is no allocated `ArcInner`,
1367     /// (i.e., when this `Weak` was created by `Weak::new`).
1368     #[inline]
1369     fn inner(&self) -> Option<&ArcInner<T>> {
1370         if is_dangling(self.ptr) {
1371             None
1372         } else {
1373             Some(unsafe { self.ptr.as_ref() })
1374         }
1375     }
1376
1377     /// Returns `true` if the two `Weak`s point to the same value (not just values
1378     /// that compare as equal).
1379     ///
1380     /// # Notes
1381     ///
1382     /// Since this compares pointers it means that `Weak::new()` will equal each
1383     /// other, even though they don't point to any value.
1384     ///
1385     ///
1386     /// # Examples
1387     ///
1388     /// ```
1389     /// #![feature(weak_ptr_eq)]
1390     /// use std::sync::Arc;
1391     ///
1392     /// let first_rc = Arc::new(5);
1393     /// let first = Arc::downgrade(&first_rc);
1394     /// let second = Arc::downgrade(&first_rc);
1395     ///
1396     /// assert!(first.ptr_eq(&second));
1397     ///
1398     /// let third_rc = Arc::new(5);
1399     /// let third = Arc::downgrade(&third_rc);
1400     ///
1401     /// assert!(!first.ptr_eq(&third));
1402     /// ```
1403     ///
1404     /// Comparing `Weak::new`.
1405     ///
1406     /// ```
1407     /// #![feature(weak_ptr_eq)]
1408     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1409     ///
1410     /// let first = Weak::new();
1411     /// let second = Weak::new();
1412     /// assert!(first.ptr_eq(&second));
1413     ///
1414     /// let third_rc = Arc::new(());
1415     /// let third = Arc::downgrade(&third_rc);
1416     /// assert!(!first.ptr_eq(&third));
1417     /// ```
1418     #[inline]
1419     #[unstable(feature = "weak_ptr_eq", issue = "55981")]
1420     pub fn ptr_eq(&self, other: &Self) -> bool {
1421         self.ptr.as_ptr() == other.ptr.as_ptr()
1422     }
1423 }
1424
1425 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
1426 impl<T: ?Sized> Clone for Weak<T> {
1427     /// Makes a clone of the `Weak` pointer that points to the same value.
1428     ///
1429     /// # Examples
1430     ///
1431     /// ```
1432     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1433     ///
1434     /// let weak_five = Arc::downgrade(&Arc::new(5));
1435     ///
1436     /// let _ = Weak::clone(&weak_five);
1437     /// ```
1438     #[inline]
1439     fn clone(&self) -> Weak<T> {
1440         let inner = if let Some(inner) = self.inner() {
1441             inner
1442         } else {
1443             return Weak { ptr: self.ptr };
1444         };
1445         // See comments in Arc::clone() for why this is relaxed.  This can use a
1446         // fetch_add (ignoring the lock) because the weak count is only locked
1447         // where are *no other* weak pointers in existence. (So we can't be
1448         // running this code in that case).
1449         let old_size = inner.weak.fetch_add(1, Relaxed);
1450
1451         // See comments in Arc::clone() for why we do this (for mem::forget).
1452         if old_size > MAX_REFCOUNT {
1453             unsafe {
1454                 abort();
1455             }
1456         }
1457
1458         return Weak { ptr: self.ptr };
1459     }
1460 }
1461
1462 #[stable(feature = "downgraded_weak", since = "1.10.0")]
1463 impl<T> Default for Weak<T> {
1464     /// Constructs a new `Weak<T>`, without allocating memory.
1465     /// Calling [`upgrade`] on the return value always
1466     /// gives [`None`].
1467     ///
1468     /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
1469     /// [`upgrade`]: ../../std/sync/struct.Weak.html#method.upgrade
1470     ///
1471     /// # Examples
1472     ///
1473     /// ```
1474     /// use std::sync::Weak;
1475     ///
1476     /// let empty: Weak<i64> = Default::default();
1477     /// assert!(empty.upgrade().is_none());
1478     /// ```
1479     fn default() -> Weak<T> {
1480         Weak::new()
1481     }
1482 }
1483
1484 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
1485 impl<T: ?Sized> Drop for Weak<T> {
1486     /// Drops the `Weak` pointer.
1487     ///
1488     /// # Examples
1489     ///
1490     /// ```
1491     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1492     ///
1493     /// struct Foo;
1494     ///
1495     /// impl Drop for Foo {
1496     ///     fn drop(&mut self) {
1497     ///         println!("dropped!");
1498     ///     }
1499     /// }
1500     ///
1501     /// let foo = Arc::new(Foo);
1502     /// let weak_foo = Arc::downgrade(&foo);
1503     /// let other_weak_foo = Weak::clone(&weak_foo);
1504     ///
1505     /// drop(weak_foo);   // Doesn't print anything
1506     /// drop(foo);        // Prints "dropped!"
1507     ///
1508     /// assert!(other_weak_foo.upgrade().is_none());
1509     /// ```
1510     fn drop(&mut self) {
1511         // If we find out that we were the last weak pointer, then its time to
1512         // deallocate the data entirely. See the discussion in Arc::drop() about
1513         // the memory orderings
1514         //
1515         // It's not necessary to check for the locked state here, because the
1516         // weak count can only be locked if there was precisely one weak ref,
1517         // meaning that drop could only subsequently run ON that remaining weak
1518         // ref, which can only happen after the lock is released.
1519         let inner = if let Some(inner) = self.inner() {
1520             inner
1521         } else {
1522             return
1523         };
1524
1525         if inner.weak.fetch_sub(1, Release) == 1 {
1526             atomic::fence(Acquire);
1527             unsafe {
1528                 Global.dealloc(self.ptr.cast(), Layout::for_value(self.ptr.as_ref()))
1529             }
1530         }
1531     }
1532 }
1533
1534 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1535 trait ArcEqIdent<T: ?Sized + PartialEq> {
1536     fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool;
1537     fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool;
1538 }
1539
1540 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1541 impl<T: ?Sized + PartialEq> ArcEqIdent<T> for Arc<T> {
1542     #[inline]
1543     default fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1544         **self == **other
1545     }
1546     #[inline]
1547     default fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1548         **self != **other
1549     }
1550 }
1551
1552 /// We're doing this specialization here, and not as a more general optimization on `&T`, because it
1553 /// would otherwise add a cost to all equality checks on refs. We assume that `Arc`s are used to
1554 /// store large values, that are slow to clone, but also heavy to check for equality, causing this
1555 /// cost to pay off more easily. It's also more likely to have two `Arc` clones, that point to
1556 /// the same value, than two `&T`s.
1557 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1558 impl<T: ?Sized + Eq> ArcEqIdent<T> for Arc<T> {
1559     #[inline]
1560     fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1561         Arc::ptr_eq(self, other) || **self == **other
1562     }
1563
1564     #[inline]
1565     fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1566         !Arc::ptr_eq(self, other) && **self != **other
1567     }
1568 }
1569
1570 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1571 impl<T: ?Sized + PartialEq> PartialEq for Arc<T> {
1572     /// Equality for two `Arc`s.
1573     ///
1574     /// Two `Arc`s are equal if their inner values are equal.
1575     ///
1576     /// If `T` also implements `Eq`, two `Arc`s that point to the same value are
1577     /// always equal.
1578     ///
1579     /// # Examples
1580     ///
1581     /// ```
1582     /// use std::sync::Arc;
1583     ///
1584     /// let five = Arc::new(5);
1585     ///
1586     /// assert!(five == Arc::new(5));
1587     /// ```
1588     #[inline]
1589     fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1590         ArcEqIdent::eq(self, other)
1591     }
1592
1593     /// Inequality for two `Arc`s.
1594     ///
1595     /// Two `Arc`s are unequal if their inner values are unequal.
1596     ///
1597     /// If `T` also implements `Eq`, two `Arc`s that point to the same value are
1598     /// never unequal.
1599     ///
1600     /// # Examples
1601     ///
1602     /// ```
1603     /// use std::sync::Arc;
1604     ///
1605     /// let five = Arc::new(5);
1606     ///
1607     /// assert!(five != Arc::new(6));
1608     /// ```
1609     #[inline]
1610     fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1611         ArcEqIdent::ne(self, other)
1612     }
1613 }
1614
1615 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1616 impl<T: ?Sized + PartialOrd> PartialOrd for Arc<T> {
1617     /// Partial comparison for two `Arc`s.
1618     ///
1619     /// The two are compared by calling `partial_cmp()` on their inner values.
1620     ///
1621     /// # Examples
1622     ///
1623     /// ```
1624     /// use std::sync::Arc;
1625     /// use std::cmp::Ordering;
1626     ///
1627     /// let five = Arc::new(5);
1628     ///
1629     /// assert_eq!(Some(Ordering::Less), five.partial_cmp(&Arc::new(6)));
1630     /// ```
1631     fn partial_cmp(&self, other: &Arc<T>) -> Option<Ordering> {
1632         (**self).partial_cmp(&**other)
1633     }
1634
1635     /// Less-than comparison for two `Arc`s.
1636     ///
1637     /// The two are compared by calling `<` on their inner values.
1638     ///
1639     /// # Examples
1640     ///
1641     /// ```
1642     /// use std::sync::Arc;
1643     ///
1644     /// let five = Arc::new(5);
1645     ///
1646     /// assert!(five < Arc::new(6));
1647     /// ```
1648     fn lt(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1649         *(*self) < *(*other)
1650     }
1651
1652     /// 'Less than or equal to' comparison for two `Arc`s.
1653     ///
1654     /// The two are compared by calling `<=` on their inner values.
1655     ///
1656     /// # Examples
1657     ///
1658     /// ```
1659     /// use std::sync::Arc;
1660     ///
1661     /// let five = Arc::new(5);
1662     ///
1663     /// assert!(five <= Arc::new(5));
1664     /// ```
1665     fn le(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1666         *(*self) <= *(*other)
1667     }
1668
1669     /// Greater-than comparison for two `Arc`s.
1670     ///
1671     /// The two are compared by calling `>` on their inner values.
1672     ///
1673     /// # Examples
1674     ///
1675     /// ```
1676     /// use std::sync::Arc;
1677     ///
1678     /// let five = Arc::new(5);
1679     ///
1680     /// assert!(five > Arc::new(4));
1681     /// ```
1682     fn gt(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1683         *(*self) > *(*other)
1684     }
1685
1686     /// 'Greater than or equal to' comparison for two `Arc`s.
1687     ///
1688     /// The two are compared by calling `>=` on their inner values.
1689     ///
1690     /// # Examples
1691     ///
1692     /// ```
1693     /// use std::sync::Arc;
1694     ///
1695     /// let five = Arc::new(5);
1696     ///
1697     /// assert!(five >= Arc::new(5));
1698     /// ```
1699     fn ge(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1700         *(*self) >= *(*other)
1701     }
1702 }
1703 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1704 impl<T: ?Sized + Ord> Ord for Arc<T> {
1705     /// Comparison for two `Arc`s.
1706     ///
1707     /// The two are compared by calling `cmp()` on their inner values.
1708     ///
1709     /// # Examples
1710     ///
1711     /// ```
1712     /// use std::sync::Arc;
1713     /// use std::cmp::Ordering;
1714     ///
1715     /// let five = Arc::new(5);
1716     ///
1717     /// assert_eq!(Ordering::Less, five.cmp(&Arc::new(6)));
1718     /// ```
1719     fn cmp(&self, other: &Arc<T>) -> Ordering {
1720         (**self).cmp(&**other)
1721     }
1722 }
1723 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1724 impl<T: ?Sized + Eq> Eq for Arc<T> {}
1725
1726 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1727 impl<T: ?Sized + fmt::Display> fmt::Display for Arc<T> {
1728     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1729         fmt::Display::fmt(&**self, f)
1730     }
1731 }
1732
1733 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1734 impl<T: ?Sized + fmt::Debug> fmt::Debug for Arc<T> {
1735     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1736         fmt::Debug::fmt(&**self, f)
1737     }
1738 }
1739
1740 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1741 impl<T: ?Sized> fmt::Pointer for Arc<T> {
1742     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1743         fmt::Pointer::fmt(&(&**self as *const T), f)
1744     }
1745 }
1746
1747 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1748 impl<T: Default> Default for Arc<T> {
1749     /// Creates a new `Arc<T>`, with the `Default` value for `T`.
1750     ///
1751     /// # Examples
1752     ///
1753     /// ```
1754     /// use std::sync::Arc;
1755     ///
1756     /// let x: Arc<i32> = Default::default();
1757     /// assert_eq!(*x, 0);
1758     /// ```
1759     fn default() -> Arc<T> {
1760         Arc::new(Default::default())
1761     }
1762 }
1763
1764 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1765 impl<T: ?Sized + Hash> Hash for Arc<T> {
1766     fn hash<H: Hasher>(&self, state: &mut H) {
1767         (**self).hash(state)
1768     }
1769 }
1770
1771 #[stable(feature = "from_for_ptrs", since = "1.6.0")]
1772 impl<T> From<T> for Arc<T> {
1773     fn from(t: T) -> Self {
1774         Arc::new(t)
1775     }
1776 }
1777
1778 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1779 impl<T: Clone> From<&[T]> for Arc<[T]> {
1780     #[inline]
1781     fn from(v: &[T]) -> Arc<[T]> {
1782         <Self as ArcFromSlice<T>>::from_slice(v)
1783     }
1784 }
1785
1786 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1787 impl From<&str> for Arc<str> {
1788     #[inline]
1789     fn from(v: &str) -> Arc<str> {
1790         let arc = Arc::<[u8]>::from(v.as_bytes());
1791         unsafe { Arc::from_raw(Arc::into_raw(arc) as *const str) }
1792     }
1793 }
1794
1795 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1796 impl From<String> for Arc<str> {
1797     #[inline]
1798     fn from(v: String) -> Arc<str> {
1799         Arc::from(&v[..])
1800     }
1801 }
1802
1803 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1804 impl<T: ?Sized> From<Box<T>> for Arc<T> {
1805     #[inline]
1806     fn from(v: Box<T>) -> Arc<T> {
1807         Arc::from_box(v)
1808     }
1809 }
1810
1811 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
1812 impl<T> From<Vec<T>> for Arc<[T]> {
1813     #[inline]
1814     fn from(mut v: Vec<T>) -> Arc<[T]> {
1815         unsafe {
1816             let arc = Arc::copy_from_slice(&v);
1817
1818             // Allow the Vec to free its memory, but not destroy its contents
1819             v.set_len(0);
1820
1821             arc
1822         }
1823     }
1824 }
1825
1826 #[stable(feature = "shared_from_iter", since = "1.37.0")]
1827 impl<T> iter::FromIterator<T> for Arc<[T]> {
1828     /// Takes each element in the `Iterator` and collects it into an `Arc<[T]>`.
1829     ///
1830     /// # Performance characteristics
1831     ///
1832     /// ## The general case
1833     ///
1834     /// In the general case, collecting into `Arc<[T]>` is done by first
1835     /// collecting into a `Vec<T>`. That is, when writing the following:
1836     ///
1837     /// ```rust
1838     /// # use std::sync::Arc;
1839     /// let evens: Arc<[u8]> = (0..10).filter(|&x| x % 2 == 0).collect();
1840     /// # assert_eq!(&*evens, &[0, 2, 4, 6, 8]);
1841     /// ```
1842     ///
1843     /// this behaves as if we wrote:
1844     ///
1845     /// ```rust
1846     /// # use std::sync::Arc;
1847     /// let evens: Arc<[u8]> = (0..10).filter(|&x| x % 2 == 0)
1848     ///     .collect::<Vec<_>>() // The first set of allocations happens here.
1849     ///     .into(); // A second allocation for `Arc<[T]>` happens here.
1850     /// # assert_eq!(&*evens, &[0, 2, 4, 6, 8]);
1851     /// ```
1852     ///
1853     /// This will allocate as many times as needed for constructing the `Vec<T>`
1854     /// and then it will allocate once for turning the `Vec<T>` into the `Arc<[T]>`.
1855     ///
1856     /// ## Iterators of known length
1857     ///
1858     /// When your `Iterator` implements `TrustedLen` and is of an exact size,
1859     /// a single allocation will be made for the `Arc<[T]>`. For example:
1860     ///
1861     /// ```rust
1862     /// # use std::sync::Arc;
1863     /// let evens: Arc<[u8]> = (0..10).collect(); // Just a single allocation happens here.
1864     /// # assert_eq!(&*evens, &*(0..10).collect::<Vec<_>>());
1865     /// ```
1866     fn from_iter<I: iter::IntoIterator<Item = T>>(iter: I) -> Self {
1867         ArcFromIter::from_iter(iter.into_iter())
1868     }
1869 }
1870
1871 /// Specialization trait used for collecting into `Arc<[T]>`.
1872 trait ArcFromIter<T, I> {
1873     fn from_iter(iter: I) -> Self;
1874 }
1875
1876 impl<T, I: Iterator<Item = T>> ArcFromIter<T, I> for Arc<[T]> {
1877     default fn from_iter(iter: I) -> Self {
1878         iter.collect::<Vec<T>>().into()
1879     }
1880 }
1881
1882 impl<T, I: iter::TrustedLen<Item = T>> ArcFromIter<T, I> for Arc<[T]> {
1883     default fn from_iter(iter: I) -> Self {
1884         // This is the case for a `TrustedLen` iterator.
1885         let (low, high) = iter.size_hint();
1886         if let Some(high) = high {
1887             debug_assert_eq!(
1888                 low, high,
1889                 "TrustedLen iterator's size hint is not exact: {:?}",
1890                 (low, high)
1891             );
1892
1893             unsafe {
1894                 // SAFETY: We need to ensure that the iterator has an exact length and we have.
1895                 Arc::from_iter_exact(iter, low)
1896             }
1897         } else {
1898             // Fall back to normal implementation.
1899             iter.collect::<Vec<T>>().into()
1900         }
1901     }
1902 }
1903
1904 impl<'a, T: 'a + Clone> ArcFromIter<&'a T, slice::Iter<'a, T>> for Arc<[T]> {
1905     fn from_iter(iter: slice::Iter<'a, T>) -> Self {
1906         // Delegate to `impl<T: Clone> From<&[T]> for Arc<[T]>`.
1907         //
1908         // In the case that `T: Copy`, we get to use `ptr::copy_nonoverlapping`
1909         // which is even more performant.
1910         //
1911         // In the fall-back case we have `T: Clone`. This is still better
1912         // than the `TrustedLen` implementation as slices have a known length
1913         // and so we get to avoid calling `size_hint` and avoid the branching.
1914         iter.as_slice().into()
1915     }
1916 }
1917
1918 #[cfg(test)]
1919 mod tests {
1920     use std::boxed::Box;
1921     use std::clone::Clone;
1922     use std::sync::mpsc::channel;
1923     use std::mem::drop;
1924     use std::ops::Drop;
1925     use std::option::Option::{self, None, Some};
1926     use std::sync::atomic::{self, Ordering::{Acquire, SeqCst}};
1927     use std::thread;
1928     use std::sync::Mutex;
1929     use std::convert::From;
1930
1931     use super::{Arc, Weak};
1932     use crate::vec::Vec;
1933
1934     struct Canary(*mut atomic::AtomicUsize);
1935
1936     impl Drop for Canary {
1937         fn drop(&mut self) {
1938             unsafe {
1939                 match *self {
1940                     Canary(c) => {
1941                         (*c).fetch_add(1, SeqCst);
1942                     }
1943                 }
1944             }
1945         }
1946     }
1947
1948     #[test]
1949     #[cfg_attr(target_os = "emscripten", ignore)]
1950     #[cfg(not(miri))] // Miri does not support threads
1951     fn manually_share_arc() {
1952         let v = vec![1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10];
1953         let arc_v = Arc::new(v);
1954
1955         let (tx, rx) = channel();
1956
1957         let _t = thread::spawn(move || {
1958             let arc_v: Arc<Vec<i32>> = rx.recv().unwrap();
1959             assert_eq!((*arc_v)[3], 4);
1960         });
1961
1962         tx.send(arc_v.clone()).unwrap();
1963
1964         assert_eq!((*arc_v)[2], 3);
1965         assert_eq!((*arc_v)[4], 5);
1966     }
1967
1968     #[test]
1969     fn test_arc_get_mut() {
1970         let mut x = Arc::new(3);
1971         *Arc::get_mut(&mut x).unwrap() = 4;
1972         assert_eq!(*x, 4);
1973         let y = x.clone();
1974         assert!(Arc::get_mut(&mut x).is_none());
1975         drop(y);
1976         assert!(Arc::get_mut(&mut x).is_some());
1977         let _w = Arc::downgrade(&x);
1978         assert!(Arc::get_mut(&mut x).is_none());
1979     }
1980
1981     #[test]
1982     fn weak_counts() {
1983         assert_eq!(Weak::weak_count(&Weak::<u64>::new()), None);
1984         assert_eq!(Weak::strong_count(&Weak::<u64>::new()), 0);
1985
1986         let a = Arc::new(0);
1987         let w = Arc::downgrade(&a);
1988         assert_eq!(Weak::strong_count(&w), 1);
1989         assert_eq!(Weak::weak_count(&w), Some(1));
1990         let w2 = w.clone();
1991         assert_eq!(Weak::strong_count(&w), 1);
1992         assert_eq!(Weak::weak_count(&w), Some(2));
1993         assert_eq!(Weak::strong_count(&w2), 1);
1994         assert_eq!(Weak::weak_count(&w2), Some(2));
1995         drop(w);
1996         assert_eq!(Weak::strong_count(&w2), 1);
1997         assert_eq!(Weak::weak_count(&w2), Some(1));
1998         let a2 = a.clone();
1999         assert_eq!(Weak::strong_count(&w2), 2);
2000         assert_eq!(Weak::weak_count(&w2), Some(1));
2001         drop(a2);
2002         drop(a);
2003         assert_eq!(Weak::strong_count(&w2), 0);
2004         assert_eq!(Weak::weak_count(&w2), Some(1));
2005         drop(w2);
2006     }
2007
2008     #[test]
2009     fn try_unwrap() {
2010         let x = Arc::new(3);
2011         assert_eq!(Arc::try_unwrap(x), Ok(3));
2012         let x = Arc::new(4);
2013         let _y = x.clone();
2014         assert_eq!(Arc::try_unwrap(x), Err(Arc::new(4)));
2015         let x = Arc::new(5);
2016         let _w = Arc::downgrade(&x);
2017         assert_eq!(Arc::try_unwrap(x), Ok(5));
2018     }
2019
2020     #[test]
2021     fn into_from_raw() {
2022         let x = Arc::new(box "hello");
2023         let y = x.clone();
2024
2025         let x_ptr = Arc::into_raw(x);
2026         drop(y);
2027         unsafe {
2028             assert_eq!(**x_ptr, "hello");
2029
2030             let x = Arc::from_raw(x_ptr);
2031             assert_eq!(**x, "hello");
2032
2033             assert_eq!(Arc::try_unwrap(x).map(|x| *x), Ok("hello"));
2034         }
2035     }
2036
2037     #[test]
2038     fn test_into_from_raw_unsized() {
2039         use std::fmt::Display;
2040         use std::string::ToString;
2041
2042         let arc: Arc<str> = Arc::from("foo");
2043
2044         let ptr = Arc::into_raw(arc.clone());
2045         let arc2 = unsafe { Arc::from_raw(ptr) };
2046
2047         assert_eq!(unsafe { &*ptr }, "foo");
2048         assert_eq!(arc, arc2);
2049
2050         let arc: Arc<dyn Display> = Arc::new(123);
2051
2052         let ptr = Arc::into_raw(arc.clone());
2053         let arc2 = unsafe { Arc::from_raw(ptr) };
2054
2055         assert_eq!(unsafe { &*ptr }.to_string(), "123");
2056         assert_eq!(arc2.to_string(), "123");
2057     }
2058
2059     #[test]
2060     fn test_cowarc_clone_make_mut() {
2061         let mut cow0 = Arc::new(75);
2062         let mut cow1 = cow0.clone();
2063         let mut cow2 = cow1.clone();
2064
2065         assert!(75 == *Arc::make_mut(&mut cow0));
2066         assert!(75 == *Arc::make_mut(&mut cow1));
2067         assert!(75 == *Arc::make_mut(&mut cow2));
2068
2069         *Arc::make_mut(&mut cow0) += 1;
2070         *Arc::make_mut(&mut cow1) += 2;
2071         *Arc::make_mut(&mut cow2) += 3;
2072
2073         assert!(76 == *cow0);
2074         assert!(77 == *cow1);
2075         assert!(78 == *cow2);
2076
2077         // none should point to the same backing memory
2078         assert!(*cow0 != *cow1);
2079         assert!(*cow0 != *cow2);
2080         assert!(*cow1 != *cow2);
2081     }
2082
2083     #[test]
2084     fn test_cowarc_clone_unique2() {
2085         let mut cow0 = Arc::new(75);
2086         let cow1 = cow0.clone();
2087         let cow2 = cow1.clone();
2088
2089         assert!(75 == *cow0);
2090         assert!(75 == *cow1);
2091         assert!(75 == *cow2);
2092
2093         *Arc::make_mut(&mut cow0) += 1;
2094         assert!(76 == *cow0);
2095         assert!(75 == *cow1);
2096         assert!(75 == *cow2);
2097
2098         // cow1 and cow2 should share the same contents
2099         // cow0 should have a unique reference
2100         assert!(*cow0 != *cow1);
2101         assert!(*cow0 != *cow2);
2102         assert!(*cow1 == *cow2);
2103     }
2104
2105     #[test]
2106     fn test_cowarc_clone_weak() {
2107         let mut cow0 = Arc::new(75);
2108         let cow1_weak = Arc::downgrade(&cow0);
2109
2110         assert!(75 == *cow0);
2111         assert!(75 == *cow1_weak.upgrade().unwrap());
2112
2113         *Arc::make_mut(&mut cow0) += 1;
2114
2115         assert!(76 == *cow0);
2116         assert!(cow1_weak.upgrade().is_none());
2117     }
2118
2119     #[test]
2120     fn test_live() {
2121         let x = Arc::new(5);
2122         let y = Arc::downgrade(&x);
2123         assert!(y.upgrade().is_some());
2124     }
2125
2126     #[test]
2127     fn test_dead() {
2128         let x = Arc::new(5);
2129         let y = Arc::downgrade(&x);
2130         drop(x);
2131         assert!(y.upgrade().is_none());
2132     }
2133
2134     #[test]
2135     fn weak_self_cyclic() {
2136         struct Cycle {
2137             x: Mutex<Option<Weak<Cycle>>>,
2138         }
2139
2140         let a = Arc::new(Cycle { x: Mutex::new(None) });
2141         let b = Arc::downgrade(&a.clone());
2142         *a.x.lock().unwrap() = Some(b);
2143
2144         // hopefully we don't double-free (or leak)...
2145     }
2146
2147     #[test]
2148     fn drop_arc() {
2149         let mut canary = atomic::AtomicUsize::new(0);
2150         let x = Arc::new(Canary(&mut canary as *mut atomic::AtomicUsize));
2151         drop(x);
2152         assert!(canary.load(Acquire) == 1);
2153     }
2154
2155     #[test]
2156     fn drop_arc_weak() {
2157         let mut canary = atomic::AtomicUsize::new(0);
2158         let arc = Arc::new(Canary(&mut canary as *mut atomic::AtomicUsize));
2159         let arc_weak = Arc::downgrade(&arc);
2160         assert!(canary.load(Acquire) == 0);
2161         drop(arc);
2162         assert!(canary.load(Acquire) == 1);
2163         drop(arc_weak);
2164     }
2165
2166     #[test]
2167     fn test_strong_count() {
2168         let a = Arc::new(0);
2169         assert!(Arc::strong_count(&a) == 1);
2170         let w = Arc::downgrade(&a);
2171         assert!(Arc::strong_count(&a) == 1);
2172         let b = w.upgrade().expect("");
2173         assert!(Arc::strong_count(&b) == 2);
2174         assert!(Arc::strong_count(&a) == 2);
2175         drop(w);
2176         drop(a);
2177         assert!(Arc::strong_count(&b) == 1);
2178         let c = b.clone();
2179         assert!(Arc::strong_count(&b) == 2);
2180         assert!(Arc::strong_count(&c) == 2);
2181     }
2182
2183     #[test]
2184     fn test_weak_count() {
2185         let a = Arc::new(0);
2186         assert!(Arc::strong_count(&a) == 1);
2187         assert!(Arc::weak_count(&a) == 0);
2188         let w = Arc::downgrade(&a);
2189         assert!(Arc::strong_count(&a) == 1);
2190         assert!(Arc::weak_count(&a) == 1);
2191         let x = w.clone();
2192         assert!(Arc::weak_count(&a) == 2);
2193         drop(w);
2194         drop(x);
2195         assert!(Arc::strong_count(&a) == 1);
2196         assert!(Arc::weak_count(&a) == 0);
2197         let c = a.clone();
2198         assert!(Arc::strong_count(&a) == 2);
2199         assert!(Arc::weak_count(&a) == 0);
2200         let d = Arc::downgrade(&c);
2201         assert!(Arc::weak_count(&c) == 1);
2202         assert!(Arc::strong_count(&c) == 2);
2203
2204         drop(a);
2205         drop(c);
2206         drop(d);
2207     }
2208
2209     #[test]
2210     fn show_arc() {
2211         let a = Arc::new(5);
2212         assert_eq!(format!("{:?}", a), "5");
2213     }
2214
2215     // Make sure deriving works with Arc<T>
2216     #[derive(Eq, Ord, PartialEq, PartialOrd, Clone, Debug, Default)]
2217     struct Foo {
2218         inner: Arc<i32>,
2219     }
2220
2221     #[test]
2222     fn test_unsized() {
2223         let x: Arc<[i32]> = Arc::new([1, 2, 3]);
2224         assert_eq!(format!("{:?}", x), "[1, 2, 3]");
2225         let y = Arc::downgrade(&x.clone());
2226         drop(x);
2227         assert!(y.upgrade().is_none());
2228     }
2229
2230     #[test]
2231     fn test_from_owned() {
2232         let foo = 123;
2233         let foo_arc = Arc::from(foo);
2234         assert!(123 == *foo_arc);
2235     }
2236
2237     #[test]
2238     fn test_new_weak() {
2239         let foo: Weak<usize> = Weak::new();
2240         assert!(foo.upgrade().is_none());
2241     }
2242
2243     #[test]
2244     fn test_ptr_eq() {
2245         let five = Arc::new(5);
2246         let same_five = five.clone();
2247         let other_five = Arc::new(5);
2248
2249         assert!(Arc::ptr_eq(&five, &same_five));
2250         assert!(!Arc::ptr_eq(&five, &other_five));
2251     }
2252
2253     #[test]
2254     #[cfg_attr(target_os = "emscripten", ignore)]
2255     #[cfg(not(miri))] // Miri does not support threads
2256     fn test_weak_count_locked() {
2257         let mut a = Arc::new(atomic::AtomicBool::new(false));
2258         let a2 = a.clone();
2259         let t = thread::spawn(move || {
2260             for _i in 0..1000000 {
2261                 Arc::get_mut(&mut a);
2262             }
2263             a.store(true, SeqCst);
2264         });
2265
2266         while !a2.load(SeqCst) {
2267             let n = Arc::weak_count(&a2);
2268             assert!(n < 2, "bad weak count: {}", n);
2269         }
2270         t.join().unwrap();
2271     }
2272
2273     #[test]
2274     fn test_from_str() {
2275         let r: Arc<str> = Arc::from("foo");
2276
2277         assert_eq!(&r[..], "foo");
2278     }
2279
2280     #[test]
2281     fn test_copy_from_slice() {
2282         let s: &[u32] = &[1, 2, 3];
2283         let r: Arc<[u32]> = Arc::from(s);
2284
2285         assert_eq!(&r[..], [1, 2, 3]);
2286     }
2287
2288     #[test]
2289     fn test_clone_from_slice() {
2290         #[derive(Clone, Debug, Eq, PartialEq)]
2291         struct X(u32);
2292
2293         let s: &[X] = &[X(1), X(2), X(3)];
2294         let r: Arc<[X]> = Arc::from(s);
2295
2296         assert_eq!(&r[..], s);
2297     }
2298
2299     #[test]
2300     #[should_panic]
2301     fn test_clone_from_slice_panic() {
2302         use std::string::{String, ToString};
2303
2304         struct Fail(u32, String);
2305
2306         impl Clone for Fail {
2307             fn clone(&self) -> Fail {
2308                 if self.0 == 2 {
2309                     panic!();
2310                 }
2311                 Fail(self.0, self.1.clone())
2312             }
2313         }
2314
2315         let s: &[Fail] = &[
2316             Fail(0, "foo".to_string()),
2317             Fail(1, "bar".to_string()),
2318             Fail(2, "baz".to_string()),
2319         ];
2320
2321         // Should panic, but not cause memory corruption
2322         let _r: Arc<[Fail]> = Arc::from(s);
2323     }
2324
2325     #[test]
2326     fn test_from_box() {
2327         let b: Box<u32> = box 123;
2328         let r: Arc<u32> = Arc::from(b);
2329
2330         assert_eq!(*r, 123);
2331     }
2332
2333     #[test]
2334     fn test_from_box_str() {
2335         use std::string::String;
2336
2337         let s = String::from("foo").into_boxed_str();
2338         let r: Arc<str> = Arc::from(s);
2339
2340         assert_eq!(&r[..], "foo");
2341     }
2342
2343     #[test]
2344     fn test_from_box_slice() {
2345         let s = vec![1, 2, 3].into_boxed_slice();
2346         let r: Arc<[u32]> = Arc::from(s);
2347
2348         assert_eq!(&r[..], [1, 2, 3]);
2349     }
2350
2351     #[test]
2352     fn test_from_box_trait() {
2353         use std::fmt::Display;
2354         use std::string::ToString;
2355
2356         let b: Box<dyn Display> = box 123;
2357         let r: Arc<dyn Display> = Arc::from(b);
2358
2359         assert_eq!(r.to_string(), "123");
2360     }
2361
2362     #[test]
2363     fn test_from_box_trait_zero_sized() {
2364         use std::fmt::Debug;
2365
2366         let b: Box<dyn Debug> = box ();
2367         let r: Arc<dyn Debug> = Arc::from(b);
2368
2369         assert_eq!(format!("{:?}", r), "()");
2370     }
2371
2372     #[test]
2373     fn test_from_vec() {
2374         let v = vec![1, 2, 3];
2375         let r: Arc<[u32]> = Arc::from(v);
2376
2377         assert_eq!(&r[..], [1, 2, 3]);
2378     }
2379
2380     #[test]
2381     fn test_downcast() {
2382         use std::any::Any;
2383
2384         let r1: Arc<dyn Any + Send + Sync> = Arc::new(i32::max_value());
2385         let r2: Arc<dyn Any + Send + Sync> = Arc::new("abc");
2386
2387         assert!(r1.clone().downcast::<u32>().is_err());
2388
2389         let r1i32 = r1.downcast::<i32>();
2390         assert!(r1i32.is_ok());
2391         assert_eq!(r1i32.unwrap(), Arc::new(i32::max_value()));
2392
2393         assert!(r2.clone().downcast::<i32>().is_err());
2394
2395         let r2str = r2.downcast::<&'static str>();
2396         assert!(r2str.is_ok());
2397         assert_eq!(r2str.unwrap(), Arc::new("abc"));
2398     }
2399 }
2400
2401 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2402 impl<T: ?Sized> borrow::Borrow<T> for Arc<T> {
2403     fn borrow(&self) -> &T {
2404         &**self
2405     }
2406 }
2407
2408 #[stable(since = "1.5.0", feature = "smart_ptr_as_ref")]
2409 impl<T: ?Sized> AsRef<T> for Arc<T> {
2410     fn as_ref(&self) -> &T {
2411         &**self
2412     }
2413 }
2414
2415 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
2416 impl<T: ?Sized> Unpin for Arc<T> { }
2417
2418 /// Computes the offset of the data field within `ArcInner`.
2419 unsafe fn data_offset<T: ?Sized>(ptr: *const T) -> isize {
2420     // Align the unsized value to the end of the `ArcInner`.
2421     // Because it is `?Sized`, it will always be the last field in memory.
2422     data_offset_align(align_of_val(&*ptr))
2423 }
2424
2425 /// Computes the offset of the data field within `ArcInner`.
2426 ///
2427 /// Unlike [`data_offset`], this doesn't need the pointer, but it works only on `T: Sized`.
2428 fn data_offset_sized<T>() -> isize {
2429     data_offset_align(align_of::<T>())
2430 }
2431
2432 #[inline]
2433 fn data_offset_align(align: usize) -> isize {
2434     let layout = Layout::new::<ArcInner<()>>();
2435     (layout.size() + layout.padding_needed_for(align)) as isize
2436 }