]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/liballoc/sync.rs
Fix doc link errors
[rust.git] / src / liballoc / sync.rs
1 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2
3 //! Thread-safe reference-counting pointers.
4 //!
5 //! See the [`Arc<T>`][arc] documentation for more details.
6 //!
7 //! [arc]: struct.Arc.html
8
9 use core::any::Any;
10 use core::array::LengthAtMost32;
11 use core::borrow;
12 use core::cmp::Ordering;
13 use core::convert::{From, TryFrom};
14 use core::fmt;
15 use core::hash::{Hash, Hasher};
16 use core::intrinsics::abort;
17 use core::iter;
18 use core::marker::{PhantomData, Unpin, Unsize};
19 use core::mem::{self, align_of, align_of_val, size_of_val};
20 use core::ops::{CoerceUnsized, Deref, DispatchFromDyn, Receiver};
21 use core::pin::Pin;
22 use core::ptr::{self, NonNull};
23 use core::slice::{self, from_raw_parts_mut};
24 use core::sync::atomic;
25 use core::sync::atomic::Ordering::{Acquire, Relaxed, Release, SeqCst};
26
27 use crate::alloc::{box_free, handle_alloc_error, AllocInit, AllocRef, Global, Layout};
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(all(bootstrap, not(test)), lang = "arc")]
211 #[cfg_attr(not(test), rustc_diagnostic_item = "Arc")]
212 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
213 pub struct Arc<T: ?Sized> {
214     ptr: NonNull<ArcInner<T>>,
215     phantom: PhantomData<ArcInner<T>>,
216 }
217
218 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
219 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Send for Arc<T> {}
220 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
221 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Sync for Arc<T> {}
222
223 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
224 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Arc<U>> for Arc<T> {}
225
226 #[unstable(feature = "dispatch_from_dyn", issue = "none")]
227 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> DispatchFromDyn<Arc<U>> for Arc<T> {}
228
229 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
230     fn from_inner(ptr: NonNull<ArcInner<T>>) -> Self {
231         Self { ptr, phantom: PhantomData }
232     }
233
234     unsafe fn from_ptr(ptr: *mut ArcInner<T>) -> Self {
235         Self::from_inner(NonNull::new_unchecked(ptr))
236     }
237 }
238
239 /// `Weak` is a version of [`Arc`] that holds a non-owning reference to the
240 /// managed allocation. The allocation is accessed by calling [`upgrade`] on the `Weak`
241 /// pointer, which returns an [`Option`]`<`[`Arc`]`<T>>`.
242 ///
243 /// Since a `Weak` reference does not count towards ownership, it will not
244 /// prevent the value stored in the allocation from being dropped, and `Weak` itself makes no
245 /// guarantees about the value still being present. Thus it may return [`None`]
246 /// when [`upgrade`]d. Note however that a `Weak` reference *does* prevent the allocation
247 /// itself (the backing store) from being deallocated.
248 ///
249 /// A `Weak` pointer is useful for keeping a temporary reference to the allocation
250 /// managed by [`Arc`] without preventing its inner value from being dropped. It is also used to
251 /// prevent circular references between [`Arc`] pointers, since mutual owning references
252 /// would never allow either [`Arc`] to be dropped. For example, a tree could
253 /// have strong [`Arc`] pointers from parent nodes to children, and `Weak`
254 /// pointers from children back to their parents.
255 ///
256 /// The typical way to obtain a `Weak` pointer is to call [`Arc::downgrade`].
257 ///
258 /// [`Arc`]: struct.Arc.html
259 /// [`Arc::downgrade`]: struct.Arc.html#method.downgrade
260 /// [`upgrade`]: struct.Weak.html#method.upgrade
261 /// [`Option`]: ../../std/option/enum.Option.html
262 /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
263 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
264 pub struct Weak<T: ?Sized> {
265     // This is a `NonNull` to allow optimizing the size of this type in enums,
266     // but it is not necessarily a valid pointer.
267     // `Weak::new` sets this to `usize::MAX` so that it doesn’t need
268     // to allocate space on the heap.  That's not a value a real pointer
269     // will ever have because RcBox has alignment at least 2.
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::into_raw_non_null(x))
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         // See `drop` for why all these atomics are like this
422         if this.inner().strong.compare_exchange(1, 0, Release, Relaxed).is_err() {
423             return Err(this);
424         }
425
426         acquire!(this.inner().strong);
427
428         unsafe {
429             let elem = ptr::read(&this.ptr.as_ref().data);
430
431             // Make a weak pointer to clean up the implicit strong-weak reference
432             let _weak = Weak { ptr: this.ptr };
433             mem::forget(this);
434
435             Ok(elem)
436         }
437     }
438 }
439
440 impl<T> Arc<[T]> {
441     /// Constructs a new reference-counted slice with uninitialized contents.
442     ///
443     /// # Examples
444     ///
445     /// ```
446     /// #![feature(new_uninit)]
447     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
448     ///
449     /// use std::sync::Arc;
450     ///
451     /// let mut values = Arc::<[u32]>::new_uninit_slice(3);
452     ///
453     /// let values = unsafe {
454     ///     // Deferred initialization:
455     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[0].as_mut_ptr().write(1);
456     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[1].as_mut_ptr().write(2);
457     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[2].as_mut_ptr().write(3);
458     ///
459     ///     values.assume_init()
460     /// };
461     ///
462     /// assert_eq!(*values, [1, 2, 3])
463     /// ```
464     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
465     pub fn new_uninit_slice(len: usize) -> Arc<[mem::MaybeUninit<T>]> {
466         unsafe { Arc::from_ptr(Arc::allocate_for_slice(len)) }
467     }
468 }
469
470 impl<T> Arc<mem::MaybeUninit<T>> {
471     /// Converts to `Arc<T>`.
472     ///
473     /// # Safety
474     ///
475     /// As with [`MaybeUninit::assume_init`],
476     /// it is up to the caller to guarantee that the inner value
477     /// really is in an initialized state.
478     /// Calling this when the content is not yet fully initialized
479     /// causes immediate undefined behavior.
480     ///
481     /// [`MaybeUninit::assume_init`]: ../../std/mem/union.MaybeUninit.html#method.assume_init
482     ///
483     /// # Examples
484     ///
485     /// ```
486     /// #![feature(new_uninit)]
487     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
488     ///
489     /// use std::sync::Arc;
490     ///
491     /// let mut five = Arc::<u32>::new_uninit();
492     ///
493     /// let five = unsafe {
494     ///     // Deferred initialization:
495     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut five).as_mut_ptr().write(5);
496     ///
497     ///     five.assume_init()
498     /// };
499     ///
500     /// assert_eq!(*five, 5)
501     /// ```
502     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
503     #[inline]
504     pub unsafe fn assume_init(self) -> Arc<T> {
505         Arc::from_inner(mem::ManuallyDrop::new(self).ptr.cast())
506     }
507 }
508
509 impl<T> Arc<[mem::MaybeUninit<T>]> {
510     /// Converts to `Arc<[T]>`.
511     ///
512     /// # Safety
513     ///
514     /// As with [`MaybeUninit::assume_init`],
515     /// it is up to the caller to guarantee that the inner value
516     /// really is in an initialized state.
517     /// Calling this when the content is not yet fully initialized
518     /// causes immediate undefined behavior.
519     ///
520     /// [`MaybeUninit::assume_init`]: ../../std/mem/union.MaybeUninit.html#method.assume_init
521     ///
522     /// # Examples
523     ///
524     /// ```
525     /// #![feature(new_uninit)]
526     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
527     ///
528     /// use std::sync::Arc;
529     ///
530     /// let mut values = Arc::<[u32]>::new_uninit_slice(3);
531     ///
532     /// let values = unsafe {
533     ///     // Deferred initialization:
534     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[0].as_mut_ptr().write(1);
535     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[1].as_mut_ptr().write(2);
536     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[2].as_mut_ptr().write(3);
537     ///
538     ///     values.assume_init()
539     /// };
540     ///
541     /// assert_eq!(*values, [1, 2, 3])
542     /// ```
543     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
544     #[inline]
545     pub unsafe fn assume_init(self) -> Arc<[T]> {
546         Arc::from_ptr(mem::ManuallyDrop::new(self).ptr.as_ptr() as _)
547     }
548 }
549
550 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
551     /// Consumes the `Arc`, returning the wrapped pointer.
552     ///
553     /// To avoid a memory leak the pointer must be converted back to an `Arc` using
554     /// [`Arc::from_raw`][from_raw].
555     ///
556     /// [from_raw]: struct.Arc.html#method.from_raw
557     ///
558     /// # Examples
559     ///
560     /// ```
561     /// use std::sync::Arc;
562     ///
563     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
564     /// let x_ptr = Arc::into_raw(x);
565     /// assert_eq!(unsafe { &*x_ptr }, "hello");
566     /// ```
567     #[stable(feature = "rc_raw", since = "1.17.0")]
568     pub fn into_raw(this: Self) -> *const T {
569         let ptr = Self::as_ptr(&this);
570         mem::forget(this);
571         ptr
572     }
573
574     /// Provides a raw pointer to the data.
575     ///
576     /// The counts are not affected in way and the `Arc` is not consumed. The pointer is valid for
577     /// as long as there are strong counts in the `Arc`.
578     ///
579     /// # Examples
580     ///
581     /// ```
582     /// #![feature(weak_into_raw)]
583     ///
584     /// use std::sync::Arc;
585     ///
586     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
587     /// let y = Arc::clone(&x);
588     /// let x_ptr = Arc::as_ptr(&x);
589     /// assert_eq!(x_ptr, Arc::as_ptr(&y));
590     /// assert_eq!(unsafe { &*x_ptr }, "hello");
591     /// ```
592     #[unstable(feature = "weak_into_raw", issue = "60728")]
593     pub fn as_ptr(this: &Self) -> *const T {
594         let ptr: *mut ArcInner<T> = NonNull::as_ptr(this.ptr);
595         let fake_ptr = ptr as *mut T;
596
597         // SAFETY: This cannot go through Deref::deref.
598         // Instead, we manually offset the pointer rather than manifesting a reference.
599         // This is so that the returned pointer retains the same provenance as our pointer.
600         // This is required so that e.g. `get_mut` can write through the pointer
601         // after the Arc is recovered through `from_raw`.
602         unsafe {
603             let offset = data_offset(&(*ptr).data);
604             set_data_ptr(fake_ptr, (ptr as *mut u8).offset(offset))
605         }
606     }
607
608     /// Constructs an `Arc<T>` from a raw pointer.
609     ///
610     /// The raw pointer must have been previously returned by a call to
611     /// [`Arc<U>::into_raw`][into_raw] where `U` must have the same size and
612     /// alignment as `T`. This is trivially true if `U` is `T`.
613     /// Note that if `U` is not `T` but has the same size and alignment, this is
614     /// basically like transmuting references of different types. See
615     /// [`mem::transmute`][transmute] for more information on what
616     /// restrictions apply in this case.
617     ///
618     /// The user of `from_raw` has to make sure a specific value of `T` is only
619     /// dropped once.
620     ///
621     /// This function is unsafe because improper use may lead to memory unsafety,
622     /// even if the returned `Arc<T>` is never accessed.
623     ///
624     /// [into_raw]: struct.Arc.html#method.into_raw
625     /// [transmute]: ../../std/mem/fn.transmute.html
626     ///
627     /// # Examples
628     ///
629     /// ```
630     /// use std::sync::Arc;
631     ///
632     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
633     /// let x_ptr = Arc::into_raw(x);
634     ///
635     /// unsafe {
636     ///     // Convert back to an `Arc` to prevent leak.
637     ///     let x = Arc::from_raw(x_ptr);
638     ///     assert_eq!(&*x, "hello");
639     ///
640     ///     // Further calls to `Arc::from_raw(x_ptr)` would be memory-unsafe.
641     /// }
642     ///
643     /// // The memory was freed when `x` went out of scope above, so `x_ptr` is now dangling!
644     /// ```
645     #[stable(feature = "rc_raw", since = "1.17.0")]
646     pub unsafe fn from_raw(ptr: *const T) -> Self {
647         let offset = data_offset(ptr);
648
649         // Reverse the offset to find the original ArcInner.
650         let fake_ptr = ptr as *mut ArcInner<T>;
651         let arc_ptr = set_data_ptr(fake_ptr, (ptr as *mut u8).offset(-offset));
652
653         Self::from_ptr(arc_ptr)
654     }
655
656     /// Consumes the `Arc`, returning the wrapped pointer as `NonNull<T>`.
657     ///
658     /// # Examples
659     ///
660     /// ```
661     /// #![feature(rc_into_raw_non_null)]
662     ///
663     /// use std::sync::Arc;
664     ///
665     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
666     /// let ptr = Arc::into_raw_non_null(x);
667     /// let deref = unsafe { ptr.as_ref() };
668     /// assert_eq!(deref, "hello");
669     /// ```
670     #[unstable(feature = "rc_into_raw_non_null", issue = "47336")]
671     #[inline]
672     pub fn into_raw_non_null(this: Self) -> NonNull<T> {
673         // safe because Arc guarantees its pointer is non-null
674         unsafe { NonNull::new_unchecked(Arc::into_raw(this) as *mut _) }
675     }
676
677     /// Creates a new [`Weak`][weak] pointer to this allocation.
678     ///
679     /// [weak]: struct.Weak.html
680     ///
681     /// # Examples
682     ///
683     /// ```
684     /// use std::sync::Arc;
685     ///
686     /// let five = Arc::new(5);
687     ///
688     /// let weak_five = Arc::downgrade(&five);
689     /// ```
690     #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
691     pub fn downgrade(this: &Self) -> Weak<T> {
692         // This Relaxed is OK because we're checking the value in the CAS
693         // below.
694         let mut cur = this.inner().weak.load(Relaxed);
695
696         loop {
697             // check if the weak counter is currently "locked"; if so, spin.
698             if cur == usize::MAX {
699                 cur = this.inner().weak.load(Relaxed);
700                 continue;
701             }
702
703             // NOTE: this code currently ignores the possibility of overflow
704             // into usize::MAX; in general both Rc and Arc need to be adjusted
705             // to deal with overflow.
706
707             // Unlike with Clone(), we need this to be an Acquire read to
708             // synchronize with the write coming from `is_unique`, so that the
709             // events prior to that write happen before this read.
710             match this.inner().weak.compare_exchange_weak(cur, cur + 1, Acquire, Relaxed) {
711                 Ok(_) => {
712                     // Make sure we do not create a dangling Weak
713                     debug_assert!(!is_dangling(this.ptr));
714                     return Weak { ptr: this.ptr };
715                 }
716                 Err(old) => cur = old,
717             }
718         }
719     }
720
721     /// Gets the number of [`Weak`][weak] pointers to this allocation.
722     ///
723     /// [weak]: struct.Weak.html
724     ///
725     /// # Safety
726     ///
727     /// This method by itself is safe, but using it correctly requires extra care.
728     /// Another thread can change the weak count at any time,
729     /// including potentially between calling this method and acting on the result.
730     ///
731     /// # Examples
732     ///
733     /// ```
734     /// use std::sync::Arc;
735     ///
736     /// let five = Arc::new(5);
737     /// let _weak_five = Arc::downgrade(&five);
738     ///
739     /// // This assertion is deterministic because we haven't shared
740     /// // the `Arc` or `Weak` between threads.
741     /// assert_eq!(1, Arc::weak_count(&five));
742     /// ```
743     #[inline]
744     #[stable(feature = "arc_counts", since = "1.15.0")]
745     pub fn weak_count(this: &Self) -> usize {
746         let cnt = this.inner().weak.load(SeqCst);
747         // If the weak count is currently locked, the value of the
748         // count was 0 just before taking the lock.
749         if cnt == usize::MAX { 0 } else { cnt - 1 }
750     }
751
752     /// Gets the number of strong (`Arc`) pointers to this allocation.
753     ///
754     /// # Safety
755     ///
756     /// This method by itself is safe, but using it correctly requires extra care.
757     /// Another thread can change the strong count at any time,
758     /// including potentially between calling this method and acting on the result.
759     ///
760     /// # Examples
761     ///
762     /// ```
763     /// use std::sync::Arc;
764     ///
765     /// let five = Arc::new(5);
766     /// let _also_five = Arc::clone(&five);
767     ///
768     /// // This assertion is deterministic because we haven't shared
769     /// // the `Arc` between threads.
770     /// assert_eq!(2, Arc::strong_count(&five));
771     /// ```
772     #[inline]
773     #[stable(feature = "arc_counts", since = "1.15.0")]
774     pub fn strong_count(this: &Self) -> usize {
775         this.inner().strong.load(SeqCst)
776     }
777
778     #[inline]
779     fn inner(&self) -> &ArcInner<T> {
780         // This unsafety is ok because while this arc is alive we're guaranteed
781         // that the inner pointer is valid. Furthermore, we know that the
782         // `ArcInner` structure itself is `Sync` because the inner data is
783         // `Sync` as well, so we're ok loaning out an immutable pointer to these
784         // contents.
785         unsafe { self.ptr.as_ref() }
786     }
787
788     // Non-inlined part of `drop`.
789     #[inline(never)]
790     unsafe fn drop_slow(&mut self) {
791         // Destroy the data at this time, even though we may not free the box
792         // allocation itself (there may still be weak pointers lying around).
793         ptr::drop_in_place(&mut self.ptr.as_mut().data);
794
795         if self.inner().weak.fetch_sub(1, Release) == 1 {
796             acquire!(self.inner().weak);
797             Global.dealloc(self.ptr.cast(), Layout::for_value(self.ptr.as_ref()))
798         }
799     }
800
801     #[inline]
802     #[stable(feature = "ptr_eq", since = "1.17.0")]
803     /// Returns `true` if the two `Arc`s point to the same allocation
804     /// (in a vein similar to [`ptr::eq`]).
805     ///
806     /// # Examples
807     ///
808     /// ```
809     /// use std::sync::Arc;
810     ///
811     /// let five = Arc::new(5);
812     /// let same_five = Arc::clone(&five);
813     /// let other_five = Arc::new(5);
814     ///
815     /// assert!(Arc::ptr_eq(&five, &same_five));
816     /// assert!(!Arc::ptr_eq(&five, &other_five));
817     /// ```
818     ///
819     /// [`ptr::eq`]: ../../std/ptr/fn.eq.html
820     pub fn ptr_eq(this: &Self, other: &Self) -> bool {
821         this.ptr.as_ptr() == other.ptr.as_ptr()
822     }
823 }
824
825 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
826     /// Allocates an `ArcInner<T>` with sufficient space for
827     /// a possibly-unsized inner value where the value has the layout provided.
828     ///
829     /// The function `mem_to_arcinner` is called with the data pointer
830     /// and must return back a (potentially fat)-pointer for the `ArcInner<T>`.
831     unsafe fn allocate_for_layout(
832         value_layout: Layout,
833         mem_to_arcinner: impl FnOnce(*mut u8) -> *mut ArcInner<T>,
834     ) -> *mut ArcInner<T> {
835         // Calculate layout using the given value layout.
836         // Previously, layout was calculated on the expression
837         // `&*(ptr as *const ArcInner<T>)`, but this created a misaligned
838         // reference (see #54908).
839         let layout = Layout::new::<ArcInner<()>>().extend(value_layout).unwrap().0.pad_to_align();
840
841         let mem = Global
842             .alloc(layout, AllocInit::Uninitialized)
843             .unwrap_or_else(|_| handle_alloc_error(layout));
844
845         // Initialize the ArcInner
846         let inner = mem_to_arcinner(mem.ptr.as_ptr());
847         debug_assert_eq!(Layout::for_value(&*inner), layout);
848
849         ptr::write(&mut (*inner).strong, atomic::AtomicUsize::new(1));
850         ptr::write(&mut (*inner).weak, atomic::AtomicUsize::new(1));
851
852         inner
853     }
854
855     /// Allocates an `ArcInner<T>` with sufficient space for an unsized inner value.
856     unsafe fn allocate_for_ptr(ptr: *const T) -> *mut ArcInner<T> {
857         // Allocate for the `ArcInner<T>` using the given value.
858         Self::allocate_for_layout(Layout::for_value(&*ptr), |mem| {
859             set_data_ptr(ptr as *mut T, mem) as *mut ArcInner<T>
860         })
861     }
862
863     fn from_box(v: Box<T>) -> Arc<T> {
864         unsafe {
865             let box_unique = Box::into_unique(v);
866             let bptr = box_unique.as_ptr();
867
868             let value_size = size_of_val(&*bptr);
869             let ptr = Self::allocate_for_ptr(bptr);
870
871             // Copy value as bytes
872             ptr::copy_nonoverlapping(
873                 bptr as *const T as *const u8,
874                 &mut (*ptr).data as *mut _ as *mut u8,
875                 value_size,
876             );
877
878             // Free the allocation without dropping its contents
879             box_free(box_unique);
880
881             Self::from_ptr(ptr)
882         }
883     }
884 }
885
886 impl<T> Arc<[T]> {
887     /// Allocates an `ArcInner<[T]>` with the given length.
888     unsafe fn allocate_for_slice(len: usize) -> *mut ArcInner<[T]> {
889         Self::allocate_for_layout(Layout::array::<T>(len).unwrap(), |mem| {
890             ptr::slice_from_raw_parts_mut(mem as *mut T, len) as *mut ArcInner<[T]>
891         })
892     }
893 }
894
895 /// Sets the data pointer of a `?Sized` raw pointer.
896 ///
897 /// For a slice/trait object, this sets the `data` field and leaves the rest
898 /// unchanged. For a sized raw pointer, this simply sets the pointer.
899 unsafe fn set_data_ptr<T: ?Sized, U>(mut ptr: *mut T, data: *mut U) -> *mut T {
900     ptr::write(&mut ptr as *mut _ as *mut *mut u8, data as *mut u8);
901     ptr
902 }
903
904 impl<T> Arc<[T]> {
905     /// Copy elements from slice into newly allocated Arc<\[T\]>
906     ///
907     /// Unsafe because the caller must either take ownership or bind `T: Copy`.
908     unsafe fn copy_from_slice(v: &[T]) -> Arc<[T]> {
909         let ptr = Self::allocate_for_slice(v.len());
910
911         ptr::copy_nonoverlapping(v.as_ptr(), &mut (*ptr).data as *mut [T] as *mut T, v.len());
912
913         Self::from_ptr(ptr)
914     }
915
916     /// Constructs an `Arc<[T]>` from an iterator known to be of a certain size.
917     ///
918     /// Behavior is undefined should the size be wrong.
919     unsafe fn from_iter_exact(iter: impl iter::Iterator<Item = T>, len: usize) -> Arc<[T]> {
920         // Panic guard while cloning T elements.
921         // In the event of a panic, elements that have been written
922         // into the new ArcInner will be dropped, then the memory freed.
923         struct Guard<T> {
924             mem: NonNull<u8>,
925             elems: *mut T,
926             layout: Layout,
927             n_elems: usize,
928         }
929
930         impl<T> Drop for Guard<T> {
931             fn drop(&mut self) {
932                 unsafe {
933                     let slice = from_raw_parts_mut(self.elems, self.n_elems);
934                     ptr::drop_in_place(slice);
935
936                     Global.dealloc(self.mem.cast(), self.layout);
937                 }
938             }
939         }
940
941         let ptr = Self::allocate_for_slice(len);
942
943         let mem = ptr as *mut _ as *mut u8;
944         let layout = Layout::for_value(&*ptr);
945
946         // Pointer to first element
947         let elems = &mut (*ptr).data as *mut [T] as *mut T;
948
949         let mut guard = Guard { mem: NonNull::new_unchecked(mem), elems, layout, n_elems: 0 };
950
951         for (i, item) in iter.enumerate() {
952             ptr::write(elems.add(i), item);
953             guard.n_elems += 1;
954         }
955
956         // All clear. Forget the guard so it doesn't free the new ArcInner.
957         mem::forget(guard);
958
959         Self::from_ptr(ptr)
960     }
961 }
962
963 /// Specialization trait used for `From<&[T]>`.
964 trait ArcFromSlice<T> {
965     fn from_slice(slice: &[T]) -> Self;
966 }
967
968 impl<T: Clone> ArcFromSlice<T> for Arc<[T]> {
969     #[inline]
970     default fn from_slice(v: &[T]) -> Self {
971         unsafe { Self::from_iter_exact(v.iter().cloned(), v.len()) }
972     }
973 }
974
975 impl<T: Copy> ArcFromSlice<T> for Arc<[T]> {
976     #[inline]
977     fn from_slice(v: &[T]) -> Self {
978         unsafe { Arc::copy_from_slice(v) }
979     }
980 }
981
982 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
983 impl<T: ?Sized> Clone for Arc<T> {
984     /// Makes a clone of the `Arc` pointer.
985     ///
986     /// This creates another pointer to the same allocation, increasing the
987     /// strong reference count.
988     ///
989     /// # Examples
990     ///
991     /// ```
992     /// use std::sync::Arc;
993     ///
994     /// let five = Arc::new(5);
995     ///
996     /// let _ = Arc::clone(&five);
997     /// ```
998     #[inline]
999     fn clone(&self) -> Arc<T> {
1000         // Using a relaxed ordering is alright here, as knowledge of the
1001         // original reference prevents other threads from erroneously deleting
1002         // the object.
1003         //
1004         // As explained in the [Boost documentation][1], Increasing the
1005         // reference counter can always be done with memory_order_relaxed: New
1006         // references to an object can only be formed from an existing
1007         // reference, and passing an existing reference from one thread to
1008         // another must already provide any required synchronization.
1009         //
1010         // [1]: (www.boost.org/doc/libs/1_55_0/doc/html/atomic/usage_examples.html)
1011         let old_size = self.inner().strong.fetch_add(1, Relaxed);
1012
1013         // However we need to guard against massive refcounts in case someone
1014         // is `mem::forget`ing Arcs. If we don't do this the count can overflow
1015         // and users will use-after free. We racily saturate to `isize::MAX` on
1016         // the assumption that there aren't ~2 billion threads incrementing
1017         // the reference count at once. This branch will never be taken in
1018         // any realistic program.
1019         //
1020         // We abort because such a program is incredibly degenerate, and we
1021         // don't care to support it.
1022         if old_size > MAX_REFCOUNT {
1023             unsafe {
1024                 abort();
1025             }
1026         }
1027
1028         Self::from_inner(self.ptr)
1029     }
1030 }
1031
1032 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1033 impl<T: ?Sized> Deref for Arc<T> {
1034     type Target = T;
1035
1036     #[inline]
1037     fn deref(&self) -> &T {
1038         &self.inner().data
1039     }
1040 }
1041
1042 #[unstable(feature = "receiver_trait", issue = "none")]
1043 impl<T: ?Sized> Receiver for Arc<T> {}
1044
1045 impl<T: Clone> Arc<T> {
1046     /// Makes a mutable reference into the given `Arc`.
1047     ///
1048     /// If there are other `Arc` or [`Weak`][weak] pointers to the same allocation,
1049     /// then `make_mut` will create a new allocation and invoke [`clone`][clone] on the inner value
1050     /// to ensure unique ownership. This is also referred to as clone-on-write.
1051     ///
1052     /// Note that this differs from the behavior of [`Rc::make_mut`] which disassociates
1053     /// any remaining `Weak` pointers.
1054     ///
1055     /// See also [`get_mut`][get_mut], which will fail rather than cloning.
1056     ///
1057     /// [weak]: struct.Weak.html
1058     /// [clone]: ../../std/clone/trait.Clone.html#tymethod.clone
1059     /// [get_mut]: struct.Arc.html#method.get_mut
1060     /// [`Rc::make_mut`]: ../rc/struct.Rc.html#method.make_mut
1061     ///
1062     /// # Examples
1063     ///
1064     /// ```
1065     /// use std::sync::Arc;
1066     ///
1067     /// let mut data = Arc::new(5);
1068     ///
1069     /// *Arc::make_mut(&mut data) += 1;         // Won't clone anything
1070     /// let mut other_data = Arc::clone(&data); // Won't clone inner data
1071     /// *Arc::make_mut(&mut data) += 1;         // Clones inner data
1072     /// *Arc::make_mut(&mut data) += 1;         // Won't clone anything
1073     /// *Arc::make_mut(&mut other_data) *= 2;   // Won't clone anything
1074     ///
1075     /// // Now `data` and `other_data` point to different allocations.
1076     /// assert_eq!(*data, 8);
1077     /// assert_eq!(*other_data, 12);
1078     /// ```
1079     #[inline]
1080     #[stable(feature = "arc_unique", since = "1.4.0")]
1081     pub fn make_mut(this: &mut Self) -> &mut T {
1082         // Note that we hold both a strong reference and a weak reference.
1083         // Thus, releasing our strong reference only will not, by itself, cause
1084         // the memory to be deallocated.
1085         //
1086         // Use Acquire to ensure that we see any writes to `weak` that happen
1087         // before release writes (i.e., decrements) to `strong`. Since we hold a
1088         // weak count, there's no chance the ArcInner itself could be
1089         // deallocated.
1090         if this.inner().strong.compare_exchange(1, 0, Acquire, Relaxed).is_err() {
1091             // Another strong pointer exists; clone
1092             *this = Arc::new((**this).clone());
1093         } else if this.inner().weak.load(Relaxed) != 1 {
1094             // Relaxed suffices in the above because this is fundamentally an
1095             // optimization: we are always racing with weak pointers being
1096             // dropped. Worst case, we end up allocated a new Arc unnecessarily.
1097
1098             // We removed the last strong ref, but there are additional weak
1099             // refs remaining. We'll move the contents to a new Arc, and
1100             // invalidate the other weak refs.
1101
1102             // Note that it is not possible for the read of `weak` to yield
1103             // usize::MAX (i.e., locked), since the weak count can only be
1104             // locked by a thread with a strong reference.
1105
1106             // Materialize our own implicit weak pointer, so that it can clean
1107             // up the ArcInner as needed.
1108             let weak = Weak { ptr: this.ptr };
1109
1110             // mark the data itself as already deallocated
1111             unsafe {
1112                 // there is no data race in the implicit write caused by `read`
1113                 // here (due to zeroing) because data is no longer accessed by
1114                 // other threads (due to there being no more strong refs at this
1115                 // point).
1116                 let mut swap = Arc::new(ptr::read(&weak.ptr.as_ref().data));
1117                 mem::swap(this, &mut swap);
1118                 mem::forget(swap);
1119             }
1120         } else {
1121             // We were the sole reference of either kind; bump back up the
1122             // strong ref count.
1123             this.inner().strong.store(1, Release);
1124         }
1125
1126         // As with `get_mut()`, the unsafety is ok because our reference was
1127         // either unique to begin with, or became one upon cloning the contents.
1128         unsafe { &mut this.ptr.as_mut().data }
1129     }
1130 }
1131
1132 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
1133     /// Returns a mutable reference into the given `Arc`, if there are
1134     /// no other `Arc` or [`Weak`][weak] pointers to the same allocation.
1135     ///
1136     /// Returns [`None`][option] otherwise, because it is not safe to
1137     /// mutate a shared value.
1138     ///
1139     /// See also [`make_mut`][make_mut], which will [`clone`][clone]
1140     /// the inner value when there are other pointers.
1141     ///
1142     /// [weak]: struct.Weak.html
1143     /// [option]: ../../std/option/enum.Option.html
1144     /// [make_mut]: struct.Arc.html#method.make_mut
1145     /// [clone]: ../../std/clone/trait.Clone.html#tymethod.clone
1146     ///
1147     /// # Examples
1148     ///
1149     /// ```
1150     /// use std::sync::Arc;
1151     ///
1152     /// let mut x = Arc::new(3);
1153     /// *Arc::get_mut(&mut x).unwrap() = 4;
1154     /// assert_eq!(*x, 4);
1155     ///
1156     /// let _y = Arc::clone(&x);
1157     /// assert!(Arc::get_mut(&mut x).is_none());
1158     /// ```
1159     #[inline]
1160     #[stable(feature = "arc_unique", since = "1.4.0")]
1161     pub fn get_mut(this: &mut Self) -> Option<&mut T> {
1162         if this.is_unique() {
1163             // This unsafety is ok because we're guaranteed that the pointer
1164             // returned is the *only* pointer that will ever be returned to T. Our
1165             // reference count is guaranteed to be 1 at this point, and we required
1166             // the Arc itself to be `mut`, so we're returning the only possible
1167             // reference to the inner data.
1168             unsafe { Some(Arc::get_mut_unchecked(this)) }
1169         } else {
1170             None
1171         }
1172     }
1173
1174     /// Returns a mutable reference into the given `Arc`,
1175     /// without any check.
1176     ///
1177     /// See also [`get_mut`], which is safe and does appropriate checks.
1178     ///
1179     /// [`get_mut`]: struct.Arc.html#method.get_mut
1180     ///
1181     /// # Safety
1182     ///
1183     /// Any other `Arc` or [`Weak`] pointers to the same allocation must not be dereferenced
1184     /// for the duration of the returned borrow.
1185     /// This is trivially the case if no such pointers exist,
1186     /// for example immediately after `Arc::new`.
1187     ///
1188     /// # Examples
1189     ///
1190     /// ```
1191     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
1192     ///
1193     /// use std::sync::Arc;
1194     ///
1195     /// let mut x = Arc::new(String::new());
1196     /// unsafe {
1197     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut x).push_str("foo")
1198     /// }
1199     /// assert_eq!(*x, "foo");
1200     /// ```
1201     #[inline]
1202     #[unstable(feature = "get_mut_unchecked", issue = "63292")]
1203     pub unsafe fn get_mut_unchecked(this: &mut Self) -> &mut T {
1204         &mut this.ptr.as_mut().data
1205     }
1206
1207     /// Determine whether this is the unique reference (including weak refs) to
1208     /// the underlying data.
1209     ///
1210     /// Note that this requires locking the weak ref count.
1211     fn is_unique(&mut self) -> bool {
1212         // lock the weak pointer count if we appear to be the sole weak pointer
1213         // holder.
1214         //
1215         // The acquire label here ensures a happens-before relationship with any
1216         // writes to `strong` (in particular in `Weak::upgrade`) prior to decrements
1217         // of the `weak` count (via `Weak::drop`, which uses release).  If the upgraded
1218         // weak ref was never dropped, the CAS here will fail so we do not care to synchronize.
1219         if self.inner().weak.compare_exchange(1, usize::MAX, Acquire, Relaxed).is_ok() {
1220             // This needs to be an `Acquire` to synchronize with the decrement of the `strong`
1221             // counter in `drop` -- the only access that happens when any but the last reference
1222             // is being dropped.
1223             let unique = self.inner().strong.load(Acquire) == 1;
1224
1225             // The release write here synchronizes with a read in `downgrade`,
1226             // effectively preventing the above read of `strong` from happening
1227             // after the write.
1228             self.inner().weak.store(1, Release); // release the lock
1229             unique
1230         } else {
1231             false
1232         }
1233     }
1234 }
1235
1236 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1237 unsafe impl<#[may_dangle] T: ?Sized> Drop for Arc<T> {
1238     /// Drops the `Arc`.
1239     ///
1240     /// This will decrement the strong reference count. If the strong reference
1241     /// count reaches zero then the only other references (if any) are
1242     /// [`Weak`], so we `drop` the inner value.
1243     ///
1244     /// # Examples
1245     ///
1246     /// ```
1247     /// use std::sync::Arc;
1248     ///
1249     /// struct Foo;
1250     ///
1251     /// impl Drop for Foo {
1252     ///     fn drop(&mut self) {
1253     ///         println!("dropped!");
1254     ///     }
1255     /// }
1256     ///
1257     /// let foo  = Arc::new(Foo);
1258     /// let foo2 = Arc::clone(&foo);
1259     ///
1260     /// drop(foo);    // Doesn't print anything
1261     /// drop(foo2);   // Prints "dropped!"
1262     /// ```
1263     ///
1264     /// [`Weak`]: ../../std/sync/struct.Weak.html
1265     #[inline]
1266     fn drop(&mut self) {
1267         // Because `fetch_sub` is already atomic, we do not need to synchronize
1268         // with other threads unless we are going to delete the object. This
1269         // same logic applies to the below `fetch_sub` to the `weak` count.
1270         if self.inner().strong.fetch_sub(1, Release) != 1 {
1271             return;
1272         }
1273
1274         // This fence is needed to prevent reordering of use of the data and
1275         // deletion of the data.  Because it is marked `Release`, the decreasing
1276         // of the reference count synchronizes with this `Acquire` fence. This
1277         // means that use of the data happens before decreasing the reference
1278         // count, which happens before this fence, which happens before the
1279         // deletion of the data.
1280         //
1281         // As explained in the [Boost documentation][1],
1282         //
1283         // > It is important to enforce any possible access to the object in one
1284         // > thread (through an existing reference) to *happen before* deleting
1285         // > the object in a different thread. This is achieved by a "release"
1286         // > operation after dropping a reference (any access to the object
1287         // > through this reference must obviously happened before), and an
1288         // > "acquire" operation before deleting the object.
1289         //
1290         // In particular, while the contents of an Arc are usually immutable, it's
1291         // possible to have interior writes to something like a Mutex<T>. Since a
1292         // Mutex is not acquired when it is deleted, we can't rely on its
1293         // synchronization logic to make writes in thread A visible to a destructor
1294         // running in thread B.
1295         //
1296         // Also note that the Acquire fence here could probably be replaced with an
1297         // Acquire load, which could improve performance in highly-contended
1298         // situations. See [2].
1299         //
1300         // [1]: (www.boost.org/doc/libs/1_55_0/doc/html/atomic/usage_examples.html)
1301         // [2]: (https://github.com/rust-lang/rust/pull/41714)
1302         acquire!(self.inner().strong);
1303
1304         unsafe {
1305             self.drop_slow();
1306         }
1307     }
1308 }
1309
1310 impl Arc<dyn Any + Send + Sync> {
1311     #[inline]
1312     #[stable(feature = "rc_downcast", since = "1.29.0")]
1313     /// Attempt to downcast the `Arc<dyn Any + Send + Sync>` to a concrete type.
1314     ///
1315     /// # Examples
1316     ///
1317     /// ```
1318     /// use std::any::Any;
1319     /// use std::sync::Arc;
1320     ///
1321     /// fn print_if_string(value: Arc<dyn Any + Send + Sync>) {
1322     ///     if let Ok(string) = value.downcast::<String>() {
1323     ///         println!("String ({}): {}", string.len(), string);
1324     ///     }
1325     /// }
1326     ///
1327     /// let my_string = "Hello World".to_string();
1328     /// print_if_string(Arc::new(my_string));
1329     /// print_if_string(Arc::new(0i8));
1330     /// ```
1331     pub fn downcast<T>(self) -> Result<Arc<T>, Self>
1332     where
1333         T: Any + Send + Sync + 'static,
1334     {
1335         if (*self).is::<T>() {
1336             let ptr = self.ptr.cast::<ArcInner<T>>();
1337             mem::forget(self);
1338             Ok(Arc::from_inner(ptr))
1339         } else {
1340             Err(self)
1341         }
1342     }
1343 }
1344
1345 impl<T> Weak<T> {
1346     /// Constructs a new `Weak<T>`, without allocating any memory.
1347     /// Calling [`upgrade`] on the return value always gives [`None`].
1348     ///
1349     /// [`upgrade`]: struct.Weak.html#method.upgrade
1350     /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
1351     ///
1352     /// # Examples
1353     ///
1354     /// ```
1355     /// use std::sync::Weak;
1356     ///
1357     /// let empty: Weak<i64> = Weak::new();
1358     /// assert!(empty.upgrade().is_none());
1359     /// ```
1360     #[stable(feature = "downgraded_weak", since = "1.10.0")]
1361     pub fn new() -> Weak<T> {
1362         Weak { ptr: NonNull::new(usize::MAX as *mut ArcInner<T>).expect("MAX is not 0") }
1363     }
1364
1365     /// Returns a raw pointer to the object `T` pointed to by this `Weak<T>`.
1366     ///
1367     /// The pointer is valid only if there are some strong references. The pointer may be dangling,
1368     /// unaligned or even [`null`] otherwise.
1369     ///
1370     /// # Examples
1371     ///
1372     /// ```
1373     /// #![feature(weak_into_raw)]
1374     ///
1375     /// use std::sync::Arc;
1376     /// use std::ptr;
1377     ///
1378     /// let strong = Arc::new("hello".to_owned());
1379     /// let weak = Arc::downgrade(&strong);
1380     /// // Both point to the same object
1381     /// assert!(ptr::eq(&*strong, weak.as_ptr()));
1382     /// // The strong here keeps it alive, so we can still access the object.
1383     /// assert_eq!("hello", unsafe { &*weak.as_ptr() });
1384     ///
1385     /// drop(strong);
1386     /// // But not any more. We can do weak.as_ptr(), but accessing the pointer would lead to
1387     /// // undefined behaviour.
1388     /// // assert_eq!("hello", unsafe { &*weak.as_ptr() });
1389     /// ```
1390     ///
1391     /// [`null`]: ../../std/ptr/fn.null.html
1392     #[unstable(feature = "weak_into_raw", issue = "60728")]
1393     pub fn as_ptr(&self) -> *const T {
1394         let offset = data_offset_sized::<T>();
1395         let ptr = self.ptr.cast::<u8>().as_ptr().wrapping_offset(offset);
1396         ptr as *const T
1397     }
1398
1399     /// Consumes the `Weak<T>` and turns it into a raw pointer.
1400     ///
1401     /// This converts the weak pointer into a raw pointer, preserving the original weak count. It
1402     /// can be turned back into the `Weak<T>` with [`from_raw`].
1403     ///
1404     /// The same restrictions of accessing the target of the pointer as with
1405     /// [`as_ptr`] apply.
1406     ///
1407     /// # Examples
1408     ///
1409     /// ```
1410     /// #![feature(weak_into_raw)]
1411     ///
1412     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1413     ///
1414     /// let strong = Arc::new("hello".to_owned());
1415     /// let weak = Arc::downgrade(&strong);
1416     /// let raw = weak.into_raw();
1417     ///
1418     /// assert_eq!(1, Arc::weak_count(&strong));
1419     /// assert_eq!("hello", unsafe { &*raw });
1420     ///
1421     /// drop(unsafe { Weak::from_raw(raw) });
1422     /// assert_eq!(0, Arc::weak_count(&strong));
1423     /// ```
1424     ///
1425     /// [`from_raw`]: struct.Weak.html#method.from_raw
1426     /// [`as_ptr`]: struct.Weak.html#method.as_ptr
1427     #[unstable(feature = "weak_into_raw", issue = "60728")]
1428     pub fn into_raw(self) -> *const T {
1429         let result = self.as_ptr();
1430         mem::forget(self);
1431         result
1432     }
1433
1434     /// Converts a raw pointer previously created by [`into_raw`] back into
1435     /// `Weak<T>`.
1436     ///
1437     /// This can be used to safely get a strong reference (by calling [`upgrade`]
1438     /// later) or to deallocate the weak count by dropping the `Weak<T>`.
1439     ///
1440     /// It takes ownership of one weak count (with the exception of pointers created by [`new`],
1441     /// as these don't have any corresponding weak count).
1442     ///
1443     /// # Safety
1444     ///
1445     /// The pointer must have originated from the [`into_raw`] and must still own its potential
1446     /// weak reference count.
1447     ///
1448     /// It is allowed for the strong count to be 0 at the time of calling this, but the weak count
1449     /// must be non-zero or the pointer must have originated from a dangling `Weak<T>` (one created
1450     /// by [`new`]).
1451     ///
1452     /// # Examples
1453     ///
1454     /// ```
1455     /// #![feature(weak_into_raw)]
1456     ///
1457     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1458     ///
1459     /// let strong = Arc::new("hello".to_owned());
1460     ///
1461     /// let raw_1 = Arc::downgrade(&strong).into_raw();
1462     /// let raw_2 = Arc::downgrade(&strong).into_raw();
1463     ///
1464     /// assert_eq!(2, Arc::weak_count(&strong));
1465     ///
1466     /// assert_eq!("hello", &*unsafe { Weak::from_raw(raw_1) }.upgrade().unwrap());
1467     /// assert_eq!(1, Arc::weak_count(&strong));
1468     ///
1469     /// drop(strong);
1470     ///
1471     /// // Decrement the last weak count.
1472     /// assert!(unsafe { Weak::from_raw(raw_2) }.upgrade().is_none());
1473     /// ```
1474     ///
1475     /// [`new`]: struct.Weak.html#method.new
1476     /// [`into_raw`]: struct.Weak.html#method.into_raw
1477     /// [`upgrade`]: struct.Weak.html#method.upgrade
1478     /// [`Weak`]: struct.Weak.html
1479     /// [`Arc`]: struct.Arc.html
1480     /// [`forget`]: ../../std/mem/fn.forget.html
1481     #[unstable(feature = "weak_into_raw", issue = "60728")]
1482     pub unsafe fn from_raw(ptr: *const T) -> Self {
1483         if ptr.is_null() {
1484             Self::new()
1485         } else {
1486             // See Arc::from_raw for details
1487             let offset = data_offset(ptr);
1488             let fake_ptr = ptr as *mut ArcInner<T>;
1489             let ptr = set_data_ptr(fake_ptr, (ptr as *mut u8).offset(-offset));
1490             Weak { ptr: NonNull::new(ptr).expect("Invalid pointer passed to from_raw") }
1491         }
1492     }
1493 }
1494
1495 impl<T: ?Sized> Weak<T> {
1496     /// Attempts to upgrade the `Weak` pointer to an [`Arc`], delaying
1497     /// dropping of the inner value if successful.
1498     ///
1499     /// Returns [`None`] if the inner value has since been dropped.
1500     ///
1501     /// [`Arc`]: struct.Arc.html
1502     /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
1503     ///
1504     /// # Examples
1505     ///
1506     /// ```
1507     /// use std::sync::Arc;
1508     ///
1509     /// let five = Arc::new(5);
1510     ///
1511     /// let weak_five = Arc::downgrade(&five);
1512     ///
1513     /// let strong_five: Option<Arc<_>> = weak_five.upgrade();
1514     /// assert!(strong_five.is_some());
1515     ///
1516     /// // Destroy all strong pointers.
1517     /// drop(strong_five);
1518     /// drop(five);
1519     ///
1520     /// assert!(weak_five.upgrade().is_none());
1521     /// ```
1522     #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
1523     pub fn upgrade(&self) -> Option<Arc<T>> {
1524         // We use a CAS loop to increment the strong count instead of a
1525         // fetch_add because once the count hits 0 it must never be above 0.
1526         let inner = self.inner()?;
1527
1528         // Relaxed load because any write of 0 that we can observe
1529         // leaves the field in a permanently zero state (so a
1530         // "stale" read of 0 is fine), and any other value is
1531         // confirmed via the CAS below.
1532         let mut n = inner.strong.load(Relaxed);
1533
1534         loop {
1535             if n == 0 {
1536                 return None;
1537             }
1538
1539             // See comments in `Arc::clone` for why we do this (for `mem::forget`).
1540             if n > MAX_REFCOUNT {
1541                 unsafe {
1542                     abort();
1543                 }
1544             }
1545
1546             // Relaxed is valid for the same reason it is on Arc's Clone impl
1547             match inner.strong.compare_exchange_weak(n, n + 1, Relaxed, Relaxed) {
1548                 Ok(_) => return Some(Arc::from_inner(self.ptr)), // null checked above
1549                 Err(old) => n = old,
1550             }
1551         }
1552     }
1553
1554     /// Gets the number of strong (`Arc`) pointers pointing to this allocation.
1555     ///
1556     /// If `self` was created using [`Weak::new`], this will return 0.
1557     ///
1558     /// [`Weak::new`]: #method.new
1559     #[stable(feature = "weak_counts", since = "1.41.0")]
1560     pub fn strong_count(&self) -> usize {
1561         if let Some(inner) = self.inner() { inner.strong.load(SeqCst) } else { 0 }
1562     }
1563
1564     /// Gets an approximation of the number of `Weak` pointers pointing to this
1565     /// allocation.
1566     ///
1567     /// If `self` was created using [`Weak::new`], or if there are no remaining
1568     /// strong pointers, this will return 0.
1569     ///
1570     /// # Accuracy
1571     ///
1572     /// Due to implementation details, the returned value can be off by 1 in
1573     /// either direction when other threads are manipulating any `Arc`s or
1574     /// `Weak`s pointing to the same allocation.
1575     ///
1576     /// [`Weak::new`]: #method.new
1577     #[stable(feature = "weak_counts", since = "1.41.0")]
1578     pub fn weak_count(&self) -> usize {
1579         self.inner()
1580             .map(|inner| {
1581                 let weak = inner.weak.load(SeqCst);
1582                 let strong = inner.strong.load(SeqCst);
1583                 if strong == 0 {
1584                     0
1585                 } else {
1586                     // Since we observed that there was at least one strong pointer
1587                     // after reading the weak count, we know that the implicit weak
1588                     // reference (present whenever any strong references are alive)
1589                     // was still around when we observed the weak count, and can
1590                     // therefore safely subtract it.
1591                     weak - 1
1592                 }
1593             })
1594             .unwrap_or(0)
1595     }
1596
1597     /// Returns `None` when the pointer is dangling and there is no allocated `ArcInner`,
1598     /// (i.e., when this `Weak` was created by `Weak::new`).
1599     #[inline]
1600     fn inner(&self) -> Option<&ArcInner<T>> {
1601         if is_dangling(self.ptr) { None } else { Some(unsafe { self.ptr.as_ref() }) }
1602     }
1603
1604     /// Returns `true` if the two `Weak`s point to the same allocation (similar to
1605     /// [`ptr::eq`]), or if both don't point to any allocation
1606     /// (because they were created with `Weak::new()`).
1607     ///
1608     /// # Notes
1609     ///
1610     /// Since this compares pointers it means that `Weak::new()` will equal each
1611     /// other, even though they don't point to any allocation.
1612     ///
1613     /// # Examples
1614     ///
1615     /// ```
1616     /// use std::sync::Arc;
1617     ///
1618     /// let first_rc = Arc::new(5);
1619     /// let first = Arc::downgrade(&first_rc);
1620     /// let second = Arc::downgrade(&first_rc);
1621     ///
1622     /// assert!(first.ptr_eq(&second));
1623     ///
1624     /// let third_rc = Arc::new(5);
1625     /// let third = Arc::downgrade(&third_rc);
1626     ///
1627     /// assert!(!first.ptr_eq(&third));
1628     /// ```
1629     ///
1630     /// Comparing `Weak::new`.
1631     ///
1632     /// ```
1633     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1634     ///
1635     /// let first = Weak::new();
1636     /// let second = Weak::new();
1637     /// assert!(first.ptr_eq(&second));
1638     ///
1639     /// let third_rc = Arc::new(());
1640     /// let third = Arc::downgrade(&third_rc);
1641     /// assert!(!first.ptr_eq(&third));
1642     /// ```
1643     ///
1644     /// [`ptr::eq`]: ../../std/ptr/fn.eq.html
1645     #[inline]
1646     #[stable(feature = "weak_ptr_eq", since = "1.39.0")]
1647     pub fn ptr_eq(&self, other: &Self) -> bool {
1648         self.ptr.as_ptr() == other.ptr.as_ptr()
1649     }
1650 }
1651
1652 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
1653 impl<T: ?Sized> Clone for Weak<T> {
1654     /// Makes a clone of the `Weak` pointer that points to the same allocation.
1655     ///
1656     /// # Examples
1657     ///
1658     /// ```
1659     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1660     ///
1661     /// let weak_five = Arc::downgrade(&Arc::new(5));
1662     ///
1663     /// let _ = Weak::clone(&weak_five);
1664     /// ```
1665     #[inline]
1666     fn clone(&self) -> Weak<T> {
1667         let inner = if let Some(inner) = self.inner() {
1668             inner
1669         } else {
1670             return Weak { ptr: self.ptr };
1671         };
1672         // See comments in Arc::clone() for why this is relaxed.  This can use a
1673         // fetch_add (ignoring the lock) because the weak count is only locked
1674         // where are *no other* weak pointers in existence. (So we can't be
1675         // running this code in that case).
1676         let old_size = inner.weak.fetch_add(1, Relaxed);
1677
1678         // See comments in Arc::clone() for why we do this (for mem::forget).
1679         if old_size > MAX_REFCOUNT {
1680             unsafe {
1681                 abort();
1682             }
1683         }
1684
1685         Weak { ptr: self.ptr }
1686     }
1687 }
1688
1689 #[stable(feature = "downgraded_weak", since = "1.10.0")]
1690 impl<T> Default for Weak<T> {
1691     /// Constructs a new `Weak<T>`, without allocating memory.
1692     /// Calling [`upgrade`] on the return value always
1693     /// gives [`None`].
1694     ///
1695     /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
1696     /// [`upgrade`]: ../../std/sync/struct.Weak.html#method.upgrade
1697     ///
1698     /// # Examples
1699     ///
1700     /// ```
1701     /// use std::sync::Weak;
1702     ///
1703     /// let empty: Weak<i64> = Default::default();
1704     /// assert!(empty.upgrade().is_none());
1705     /// ```
1706     fn default() -> Weak<T> {
1707         Weak::new()
1708     }
1709 }
1710
1711 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
1712 impl<T: ?Sized> Drop for Weak<T> {
1713     /// Drops the `Weak` pointer.
1714     ///
1715     /// # Examples
1716     ///
1717     /// ```
1718     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1719     ///
1720     /// struct Foo;
1721     ///
1722     /// impl Drop for Foo {
1723     ///     fn drop(&mut self) {
1724     ///         println!("dropped!");
1725     ///     }
1726     /// }
1727     ///
1728     /// let foo = Arc::new(Foo);
1729     /// let weak_foo = Arc::downgrade(&foo);
1730     /// let other_weak_foo = Weak::clone(&weak_foo);
1731     ///
1732     /// drop(weak_foo);   // Doesn't print anything
1733     /// drop(foo);        // Prints "dropped!"
1734     ///
1735     /// assert!(other_weak_foo.upgrade().is_none());
1736     /// ```
1737     fn drop(&mut self) {
1738         // If we find out that we were the last weak pointer, then its time to
1739         // deallocate the data entirely. See the discussion in Arc::drop() about
1740         // the memory orderings
1741         //
1742         // It's not necessary to check for the locked state here, because the
1743         // weak count can only be locked if there was precisely one weak ref,
1744         // meaning that drop could only subsequently run ON that remaining weak
1745         // ref, which can only happen after the lock is released.
1746         let inner = if let Some(inner) = self.inner() { inner } else { return };
1747
1748         if inner.weak.fetch_sub(1, Release) == 1 {
1749             acquire!(inner.weak);
1750             unsafe { Global.dealloc(self.ptr.cast(), Layout::for_value(self.ptr.as_ref())) }
1751         }
1752     }
1753 }
1754
1755 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1756 trait ArcEqIdent<T: ?Sized + PartialEq> {
1757     fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool;
1758     fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool;
1759 }
1760
1761 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1762 impl<T: ?Sized + PartialEq> ArcEqIdent<T> for Arc<T> {
1763     #[inline]
1764     default fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1765         **self == **other
1766     }
1767     #[inline]
1768     default fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1769         **self != **other
1770     }
1771 }
1772
1773 /// We're doing this specialization here, and not as a more general optimization on `&T`, because it
1774 /// would otherwise add a cost to all equality checks on refs. We assume that `Arc`s are used to
1775 /// store large values, that are slow to clone, but also heavy to check for equality, causing this
1776 /// cost to pay off more easily. It's also more likely to have two `Arc` clones, that point to
1777 /// the same value, than two `&T`s.
1778 ///
1779 /// We can only do this when `T: Eq` as a `PartialEq` might be deliberately irreflexive.
1780 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1781 impl<T: ?Sized + Eq> ArcEqIdent<T> for Arc<T> {
1782     #[inline]
1783     fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1784         Arc::ptr_eq(self, other) || **self == **other
1785     }
1786
1787     #[inline]
1788     fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1789         !Arc::ptr_eq(self, other) && **self != **other
1790     }
1791 }
1792
1793 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1794 impl<T: ?Sized + PartialEq> PartialEq for Arc<T> {
1795     /// Equality for two `Arc`s.
1796     ///
1797     /// Two `Arc`s are equal if their inner values are equal, even if they are
1798     /// stored in different allocation.
1799     ///
1800     /// If `T` also implements `Eq` (implying reflexivity of equality),
1801     /// two `Arc`s that point to the same allocation are always equal.
1802     ///
1803     /// # Examples
1804     ///
1805     /// ```
1806     /// use std::sync::Arc;
1807     ///
1808     /// let five = Arc::new(5);
1809     ///
1810     /// assert!(five == Arc::new(5));
1811     /// ```
1812     #[inline]
1813     fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1814         ArcEqIdent::eq(self, other)
1815     }
1816
1817     /// Inequality for two `Arc`s.
1818     ///
1819     /// Two `Arc`s are unequal if their inner values are unequal.
1820     ///
1821     /// If `T` also implements `Eq` (implying reflexivity of equality),
1822     /// two `Arc`s that point to the same value are never unequal.
1823     ///
1824     /// # Examples
1825     ///
1826     /// ```
1827     /// use std::sync::Arc;
1828     ///
1829     /// let five = Arc::new(5);
1830     ///
1831     /// assert!(five != Arc::new(6));
1832     /// ```
1833     #[inline]
1834     fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1835         ArcEqIdent::ne(self, other)
1836     }
1837 }
1838
1839 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1840 impl<T: ?Sized + PartialOrd> PartialOrd for Arc<T> {
1841     /// Partial comparison for two `Arc`s.
1842     ///
1843     /// The two are compared by calling `partial_cmp()` on their inner values.
1844     ///
1845     /// # Examples
1846     ///
1847     /// ```
1848     /// use std::sync::Arc;
1849     /// use std::cmp::Ordering;
1850     ///
1851     /// let five = Arc::new(5);
1852     ///
1853     /// assert_eq!(Some(Ordering::Less), five.partial_cmp(&Arc::new(6)));
1854     /// ```
1855     fn partial_cmp(&self, other: &Arc<T>) -> Option<Ordering> {
1856         (**self).partial_cmp(&**other)
1857     }
1858
1859     /// Less-than comparison for two `Arc`s.
1860     ///
1861     /// The two are compared by calling `<` on their inner values.
1862     ///
1863     /// # Examples
1864     ///
1865     /// ```
1866     /// use std::sync::Arc;
1867     ///
1868     /// let five = Arc::new(5);
1869     ///
1870     /// assert!(five < Arc::new(6));
1871     /// ```
1872     fn lt(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1873         *(*self) < *(*other)
1874     }
1875
1876     /// 'Less than or equal to' comparison for two `Arc`s.
1877     ///
1878     /// The two are compared by calling `<=` on their inner values.
1879     ///
1880     /// # Examples
1881     ///
1882     /// ```
1883     /// use std::sync::Arc;
1884     ///
1885     /// let five = Arc::new(5);
1886     ///
1887     /// assert!(five <= Arc::new(5));
1888     /// ```
1889     fn le(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1890         *(*self) <= *(*other)
1891     }
1892
1893     /// Greater-than comparison for two `Arc`s.
1894     ///
1895     /// The two are compared by calling `>` on their inner values.
1896     ///
1897     /// # Examples
1898     ///
1899     /// ```
1900     /// use std::sync::Arc;
1901     ///
1902     /// let five = Arc::new(5);
1903     ///
1904     /// assert!(five > Arc::new(4));
1905     /// ```
1906     fn gt(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1907         *(*self) > *(*other)
1908     }
1909
1910     /// 'Greater than or equal to' comparison for two `Arc`s.
1911     ///
1912     /// The two are compared by calling `>=` on their inner values.
1913     ///
1914     /// # Examples
1915     ///
1916     /// ```
1917     /// use std::sync::Arc;
1918     ///
1919     /// let five = Arc::new(5);
1920     ///
1921     /// assert!(five >= Arc::new(5));
1922     /// ```
1923     fn ge(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1924         *(*self) >= *(*other)
1925     }
1926 }
1927 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1928 impl<T: ?Sized + Ord> Ord for Arc<T> {
1929     /// Comparison for two `Arc`s.
1930     ///
1931     /// The two are compared by calling `cmp()` on their inner values.
1932     ///
1933     /// # Examples
1934     ///
1935     /// ```
1936     /// use std::sync::Arc;
1937     /// use std::cmp::Ordering;
1938     ///
1939     /// let five = Arc::new(5);
1940     ///
1941     /// assert_eq!(Ordering::Less, five.cmp(&Arc::new(6)));
1942     /// ```
1943     fn cmp(&self, other: &Arc<T>) -> Ordering {
1944         (**self).cmp(&**other)
1945     }
1946 }
1947 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1948 impl<T: ?Sized + Eq> Eq for Arc<T> {}
1949
1950 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1951 impl<T: ?Sized + fmt::Display> fmt::Display for Arc<T> {
1952     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1953         fmt::Display::fmt(&**self, f)
1954     }
1955 }
1956
1957 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1958 impl<T: ?Sized + fmt::Debug> fmt::Debug for Arc<T> {
1959     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1960         fmt::Debug::fmt(&**self, f)
1961     }
1962 }
1963
1964 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1965 impl<T: ?Sized> fmt::Pointer for Arc<T> {
1966     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1967         fmt::Pointer::fmt(&(&**self as *const T), f)
1968     }
1969 }
1970
1971 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1972 impl<T: Default> Default for Arc<T> {
1973     /// Creates a new `Arc<T>`, with the `Default` value for `T`.
1974     ///
1975     /// # Examples
1976     ///
1977     /// ```
1978     /// use std::sync::Arc;
1979     ///
1980     /// let x: Arc<i32> = Default::default();
1981     /// assert_eq!(*x, 0);
1982     /// ```
1983     fn default() -> Arc<T> {
1984         Arc::new(Default::default())
1985     }
1986 }
1987
1988 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1989 impl<T: ?Sized + Hash> Hash for Arc<T> {
1990     fn hash<H: Hasher>(&self, state: &mut H) {
1991         (**self).hash(state)
1992     }
1993 }
1994
1995 #[stable(feature = "from_for_ptrs", since = "1.6.0")]
1996 impl<T> From<T> for Arc<T> {
1997     fn from(t: T) -> Self {
1998         Arc::new(t)
1999     }
2000 }
2001
2002 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2003 impl<T: Clone> From<&[T]> for Arc<[T]> {
2004     #[inline]
2005     fn from(v: &[T]) -> Arc<[T]> {
2006         <Self as ArcFromSlice<T>>::from_slice(v)
2007     }
2008 }
2009
2010 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2011 impl From<&str> for Arc<str> {
2012     #[inline]
2013     fn from(v: &str) -> Arc<str> {
2014         let arc = Arc::<[u8]>::from(v.as_bytes());
2015         unsafe { Arc::from_raw(Arc::into_raw(arc) as *const str) }
2016     }
2017 }
2018
2019 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2020 impl From<String> for Arc<str> {
2021     #[inline]
2022     fn from(v: String) -> Arc<str> {
2023         Arc::from(&v[..])
2024     }
2025 }
2026
2027 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2028 impl<T: ?Sized> From<Box<T>> for Arc<T> {
2029     #[inline]
2030     fn from(v: Box<T>) -> Arc<T> {
2031         Arc::from_box(v)
2032     }
2033 }
2034
2035 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2036 impl<T> From<Vec<T>> for Arc<[T]> {
2037     #[inline]
2038     fn from(mut v: Vec<T>) -> Arc<[T]> {
2039         unsafe {
2040             let arc = Arc::copy_from_slice(&v);
2041
2042             // Allow the Vec to free its memory, but not destroy its contents
2043             v.set_len(0);
2044
2045             arc
2046         }
2047     }
2048 }
2049
2050 #[stable(feature = "boxed_slice_try_from", since = "1.43.0")]
2051 impl<T, const N: usize> TryFrom<Arc<[T]>> for Arc<[T; N]>
2052 where
2053     [T; N]: LengthAtMost32,
2054 {
2055     type Error = Arc<[T]>;
2056
2057     fn try_from(boxed_slice: Arc<[T]>) -> Result<Self, Self::Error> {
2058         if boxed_slice.len() == N {
2059             Ok(unsafe { Arc::from_raw(Arc::into_raw(boxed_slice) as *mut [T; N]) })
2060         } else {
2061             Err(boxed_slice)
2062         }
2063     }
2064 }
2065
2066 #[stable(feature = "shared_from_iter", since = "1.37.0")]
2067 impl<T> iter::FromIterator<T> for Arc<[T]> {
2068     /// Takes each element in the `Iterator` and collects it into an `Arc<[T]>`.
2069     ///
2070     /// # Performance characteristics
2071     ///
2072     /// ## The general case
2073     ///
2074     /// In the general case, collecting into `Arc<[T]>` is done by first
2075     /// collecting into a `Vec<T>`. That is, when writing the following:
2076     ///
2077     /// ```rust
2078     /// # use std::sync::Arc;
2079     /// let evens: Arc<[u8]> = (0..10).filter(|&x| x % 2 == 0).collect();
2080     /// # assert_eq!(&*evens, &[0, 2, 4, 6, 8]);
2081     /// ```
2082     ///
2083     /// this behaves as if we wrote:
2084     ///
2085     /// ```rust
2086     /// # use std::sync::Arc;
2087     /// let evens: Arc<[u8]> = (0..10).filter(|&x| x % 2 == 0)
2088     ///     .collect::<Vec<_>>() // The first set of allocations happens here.
2089     ///     .into(); // A second allocation for `Arc<[T]>` happens here.
2090     /// # assert_eq!(&*evens, &[0, 2, 4, 6, 8]);
2091     /// ```
2092     ///
2093     /// This will allocate as many times as needed for constructing the `Vec<T>`
2094     /// and then it will allocate once for turning the `Vec<T>` into the `Arc<[T]>`.
2095     ///
2096     /// ## Iterators of known length
2097     ///
2098     /// When your `Iterator` implements `TrustedLen` and is of an exact size,
2099     /// a single allocation will be made for the `Arc<[T]>`. For example:
2100     ///
2101     /// ```rust
2102     /// # use std::sync::Arc;
2103     /// let evens: Arc<[u8]> = (0..10).collect(); // Just a single allocation happens here.
2104     /// # assert_eq!(&*evens, &*(0..10).collect::<Vec<_>>());
2105     /// ```
2106     fn from_iter<I: iter::IntoIterator<Item = T>>(iter: I) -> Self {
2107         ArcFromIter::from_iter(iter.into_iter())
2108     }
2109 }
2110
2111 /// Specialization trait used for collecting into `Arc<[T]>`.
2112 trait ArcFromIter<T, I> {
2113     fn from_iter(iter: I) -> Self;
2114 }
2115
2116 impl<T, I: Iterator<Item = T>> ArcFromIter<T, I> for Arc<[T]> {
2117     default fn from_iter(iter: I) -> Self {
2118         iter.collect::<Vec<T>>().into()
2119     }
2120 }
2121
2122 impl<T, I: iter::TrustedLen<Item = T>> ArcFromIter<T, I> for Arc<[T]> {
2123     default fn from_iter(iter: I) -> Self {
2124         // This is the case for a `TrustedLen` iterator.
2125         let (low, high) = iter.size_hint();
2126         if let Some(high) = high {
2127             debug_assert_eq!(
2128                 low,
2129                 high,
2130                 "TrustedLen iterator's size hint is not exact: {:?}",
2131                 (low, high)
2132             );
2133
2134             unsafe {
2135                 // SAFETY: We need to ensure that the iterator has an exact length and we have.
2136                 Arc::from_iter_exact(iter, low)
2137             }
2138         } else {
2139             // Fall back to normal implementation.
2140             iter.collect::<Vec<T>>().into()
2141         }
2142     }
2143 }
2144
2145 impl<'a, T: 'a + Clone> ArcFromIter<&'a T, slice::Iter<'a, T>> for Arc<[T]> {
2146     fn from_iter(iter: slice::Iter<'a, T>) -> Self {
2147         // Delegate to `impl<T: Clone> From<&[T]> for Arc<[T]>`.
2148         //
2149         // In the case that `T: Copy`, we get to use `ptr::copy_nonoverlapping`
2150         // which is even more performant.
2151         //
2152         // In the fall-back case we have `T: Clone`. This is still better
2153         // than the `TrustedLen` implementation as slices have a known length
2154         // and so we get to avoid calling `size_hint` and avoid the branching.
2155         iter.as_slice().into()
2156     }
2157 }
2158
2159 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2160 impl<T: ?Sized> borrow::Borrow<T> for Arc<T> {
2161     fn borrow(&self) -> &T {
2162         &**self
2163     }
2164 }
2165
2166 #[stable(since = "1.5.0", feature = "smart_ptr_as_ref")]
2167 impl<T: ?Sized> AsRef<T> for Arc<T> {
2168     fn as_ref(&self) -> &T {
2169         &**self
2170     }
2171 }
2172
2173 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
2174 impl<T: ?Sized> Unpin for Arc<T> {}
2175
2176 /// Computes the offset of the data field within `ArcInner`.
2177 unsafe fn data_offset<T: ?Sized>(ptr: *const T) -> isize {
2178     // Align the unsized value to the end of the `ArcInner`.
2179     // Because it is `?Sized`, it will always be the last field in memory.
2180     // Note: This is a detail of the current implementation of the compiler,
2181     // and is not a guaranteed language detail. Do not rely on it outside of std.
2182     data_offset_align(align_of_val(&*ptr))
2183 }
2184
2185 /// Computes the offset of the data field within `ArcInner`.
2186 ///
2187 /// Unlike [`data_offset`], this doesn't need the pointer, but it works only on `T: Sized`.
2188 fn data_offset_sized<T>() -> isize {
2189     data_offset_align(align_of::<T>())
2190 }
2191
2192 #[inline]
2193 fn data_offset_align(align: usize) -> isize {
2194     let layout = Layout::new::<ArcInner<()>>();
2195     (layout.size() + layout.padding_needed_for(align)) as isize
2196 }