]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/liballoc/sync.rs
Add internal safety docs to (A)Rc::into_raw
[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::sync::atomic;
12 use core::sync::atomic::Ordering::{Acquire, Relaxed, Release, SeqCst};
13 use core::borrow;
14 use core::fmt;
15 use core::cmp::{self, Ordering};
16 use core::iter;
17 use core::intrinsics::abort;
18 use core::mem::{self, align_of, align_of_val, size_of_val};
19 use core::ops::{Deref, Receiver, CoerceUnsized, DispatchFromDyn};
20 use core::pin::Pin;
21 use core::ptr::{self, NonNull};
22 use core::marker::{Unpin, Unsize, PhantomData};
23 use core::hash::{Hash, Hasher};
24 use core::{isize, usize};
25 use core::convert::{From, TryFrom};
26 use core::slice::{self, from_raw_parts_mut};
27
28 use crate::alloc::{Global, Alloc, Layout, box_free, handle_alloc_error};
29 use crate::boxed::Box;
30 use crate::rc::is_dangling;
31 use crate::string::String;
32 use crate::vec::Vec;
33
34 #[cfg(test)]
35 mod tests;
36
37 /// A soft limit on the amount of references that may be made to an `Arc`.
38 ///
39 /// Going above this limit will abort your program (although not
40 /// necessarily) at _exactly_ `MAX_REFCOUNT + 1` references.
41 const MAX_REFCOUNT: usize = (isize::MAX) as usize;
42
43 /// A thread-safe reference-counting pointer. 'Arc' stands for 'Atomically
44 /// Reference Counted'.
45 ///
46 /// The type `Arc<T>` provides shared ownership of a value of type `T`,
47 /// allocated in the heap. Invoking [`clone`][clone] on `Arc` produces
48 /// a new `Arc` instance, which points to the same allocation on the heap as the
49 /// source `Arc`, while increasing a reference count. When the last `Arc`
50 /// pointer to a given allocation is destroyed, the value stored in that allocation (often
51 /// referred to as "inner value") is also dropped.
52 ///
53 /// Shared references in Rust disallow mutation by default, and `Arc` is no
54 /// exception: you cannot generally obtain a mutable reference to something
55 /// inside an `Arc`. If you need to mutate through an `Arc`, use
56 /// [`Mutex`][mutex], [`RwLock`][rwlock], or one of the [`Atomic`][atomic]
57 /// types.
58 ///
59 /// ## Thread Safety
60 ///
61 /// Unlike [`Rc<T>`], `Arc<T>` uses atomic operations for its reference
62 /// counting. This means that it is thread-safe. The disadvantage is that
63 /// atomic operations are more expensive than ordinary memory accesses. If you
64 /// are not sharing reference-counted allocations between threads, consider using
65 /// [`Rc<T>`] for lower overhead. [`Rc<T>`] is a safe default, because the
66 /// compiler will catch any attempt to send an [`Rc<T>`] between threads.
67 /// However, a library might choose `Arc<T>` in order to give library consumers
68 /// more flexibility.
69 ///
70 /// `Arc<T>` will implement [`Send`] and [`Sync`] as long as the `T` implements
71 /// [`Send`] and [`Sync`]. Why can't you put a non-thread-safe type `T` in an
72 /// `Arc<T>` to make it thread-safe? This may be a bit counter-intuitive at
73 /// first: after all, isn't the point of `Arc<T>` thread safety? The key is
74 /// this: `Arc<T>` makes it thread safe to have multiple ownership of the same
75 /// data, but it  doesn't add thread safety to its data. Consider
76 /// `Arc<`[`RefCell<T>`]`>`. [`RefCell<T>`] isn't [`Sync`], and if `Arc<T>` was always
77 /// [`Send`], `Arc<`[`RefCell<T>`]`>` would be as well. But then we'd have a problem:
78 /// [`RefCell<T>`] is not thread safe; it keeps track of the borrowing count using
79 /// non-atomic operations.
80 ///
81 /// In the end, this means that you may need to pair `Arc<T>` with some sort of
82 /// [`std::sync`] type, usually [`Mutex<T>`][mutex].
83 ///
84 /// ## Breaking cycles with `Weak`
85 ///
86 /// The [`downgrade`][downgrade] method can be used to create a non-owning
87 /// [`Weak`][weak] pointer. A [`Weak`][weak] pointer can be [`upgrade`][upgrade]d
88 /// to an `Arc`, but this will return [`None`] if the value stored in the allocation has
89 /// already been dropped. In other words, `Weak` pointers do not keep the value
90 /// inside the allocation alive; however, they *do* keep the allocation
91 /// (the backing store for the value) alive.
92 ///
93 /// A cycle between `Arc` pointers will never be deallocated. For this reason,
94 /// [`Weak`][weak] is used to break cycles. For example, a tree could have
95 /// strong `Arc` pointers from parent nodes to children, and [`Weak`][weak]
96 /// pointers from children back to their parents.
97 ///
98 /// # Cloning references
99 ///
100 /// Creating a new reference from an existing reference counted pointer is done using the
101 /// `Clone` trait implemented for [`Arc<T>`][arc] and [`Weak<T>`][weak].
102 ///
103 /// ```
104 /// use std::sync::Arc;
105 /// let foo = Arc::new(vec![1.0, 2.0, 3.0]);
106 /// // The two syntaxes below are equivalent.
107 /// let a = foo.clone();
108 /// let b = Arc::clone(&foo);
109 /// // a, b, and foo are all Arcs that point to the same memory location
110 /// ```
111 ///
112 /// ## `Deref` behavior
113 ///
114 /// `Arc<T>` automatically dereferences to `T` (via the [`Deref`][deref] trait),
115 /// so you can call `T`'s methods on a value of type `Arc<T>`. To avoid name
116 /// clashes with `T`'s methods, the methods of `Arc<T>` itself are associated
117 /// functions, called using function-like syntax:
118 ///
119 /// ```
120 /// use std::sync::Arc;
121 /// let my_arc = Arc::new(());
122 ///
123 /// Arc::downgrade(&my_arc);
124 /// ```
125 ///
126 /// [`Weak<T>`][weak] does not auto-dereference to `T`, because the inner value may have
127 /// already been dropped.
128 ///
129 /// [arc]: struct.Arc.html
130 /// [weak]: struct.Weak.html
131 /// [`Rc<T>`]: ../../std/rc/struct.Rc.html
132 /// [clone]: ../../std/clone/trait.Clone.html#tymethod.clone
133 /// [mutex]: ../../std/sync/struct.Mutex.html
134 /// [rwlock]: ../../std/sync/struct.RwLock.html
135 /// [atomic]: ../../std/sync/atomic/index.html
136 /// [`Send`]: ../../std/marker/trait.Send.html
137 /// [`Sync`]: ../../std/marker/trait.Sync.html
138 /// [deref]: ../../std/ops/trait.Deref.html
139 /// [downgrade]: struct.Arc.html#method.downgrade
140 /// [upgrade]: struct.Weak.html#method.upgrade
141 /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
142 /// [`RefCell<T>`]: ../../std/cell/struct.RefCell.html
143 /// [`std::sync`]: ../../std/sync/index.html
144 /// [`Arc::clone(&from)`]: #method.clone
145 ///
146 /// # Examples
147 ///
148 /// Sharing some immutable data between threads:
149 ///
150 // Note that we **do not** run these tests here. The windows builders get super
151 // unhappy if a thread outlives the main thread and then exits at the same time
152 // (something deadlocks) so we just avoid this entirely by not running these
153 // tests.
154 /// ```no_run
155 /// use std::sync::Arc;
156 /// use std::thread;
157 ///
158 /// let five = Arc::new(5);
159 ///
160 /// for _ in 0..10 {
161 ///     let five = Arc::clone(&five);
162 ///
163 ///     thread::spawn(move || {
164 ///         println!("{:?}", five);
165 ///     });
166 /// }
167 /// ```
168 ///
169 /// Sharing a mutable [`AtomicUsize`]:
170 ///
171 /// [`AtomicUsize`]: ../../std/sync/atomic/struct.AtomicUsize.html
172 ///
173 /// ```no_run
174 /// use std::sync::Arc;
175 /// use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
176 /// use std::thread;
177 ///
178 /// let val = Arc::new(AtomicUsize::new(5));
179 ///
180 /// for _ in 0..10 {
181 ///     let val = Arc::clone(&val);
182 ///
183 ///     thread::spawn(move || {
184 ///         let v = val.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
185 ///         println!("{:?}", v);
186 ///     });
187 /// }
188 /// ```
189 ///
190 /// See the [`rc` documentation][rc_examples] for more examples of reference
191 /// counting in general.
192 ///
193 /// [rc_examples]: ../../std/rc/index.html#examples
194 #[cfg_attr(not(test), lang = "arc")]
195 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
196 pub struct Arc<T: ?Sized> {
197     ptr: NonNull<ArcInner<T>>,
198     phantom: PhantomData<ArcInner<T>>,
199 }
200
201 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
202 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Send for Arc<T> {}
203 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
204 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Sync for Arc<T> {}
205
206 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
207 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Arc<U>> for Arc<T> {}
208
209 #[unstable(feature = "dispatch_from_dyn", issue = "0")]
210 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> DispatchFromDyn<Arc<U>> for Arc<T> {}
211
212 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
213     fn from_inner(ptr: NonNull<ArcInner<T>>) -> Self {
214         Self {
215             ptr,
216             phantom: PhantomData,
217         }
218     }
219
220     unsafe fn from_ptr(ptr: *mut ArcInner<T>) -> Self {
221         Self::from_inner(NonNull::new_unchecked(ptr))
222     }
223 }
224
225 /// `Weak` is a version of [`Arc`] that holds a non-owning reference to the
226 /// managed allocation. The allocation is accessed by calling [`upgrade`] on the `Weak`
227 /// pointer, which returns an [`Option`]`<`[`Arc`]`<T>>`.
228 ///
229 /// Since a `Weak` reference does not count towards ownership, it will not
230 /// prevent the value stored in the allocation from being dropped, and `Weak` itself makes no
231 /// guarantees about the value still being present. Thus it may return [`None`]
232 /// when [`upgrade`]d. Note however that a `Weak` reference *does* prevent the allocation
233 /// itself (the backing store) from being deallocated.
234 ///
235 /// A `Weak` pointer is useful for keeping a temporary reference to the allocation
236 /// managed by [`Arc`] without preventing its inner value from being dropped. It is also used to
237 /// prevent circular references between [`Arc`] pointers, since mutual owning references
238 /// would never allow either [`Arc`] to be dropped. For example, a tree could
239 /// have strong [`Arc`] pointers from parent nodes to children, and `Weak`
240 /// pointers from children back to their parents.
241 ///
242 /// The typical way to obtain a `Weak` pointer is to call [`Arc::downgrade`].
243 ///
244 /// [`Arc`]: struct.Arc.html
245 /// [`Arc::downgrade`]: struct.Arc.html#method.downgrade
246 /// [`upgrade`]: struct.Weak.html#method.upgrade
247 /// [`Option`]: ../../std/option/enum.Option.html
248 /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
249 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
250 pub struct Weak<T: ?Sized> {
251     // This is a `NonNull` to allow optimizing the size of this type in enums,
252     // but it is not necessarily a valid pointer.
253     // `Weak::new` sets this to `usize::MAX` so that it doesn’t need
254     // to allocate space on the heap.  That's not a value a real pointer
255     // will ever have because RcBox has alignment at least 2.
256     ptr: NonNull<ArcInner<T>>,
257 }
258
259 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
260 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Send for Weak<T> {}
261 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
262 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Sync for Weak<T> {}
263
264 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
265 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Weak<U>> for Weak<T> {}
266 #[unstable(feature = "dispatch_from_dyn", issue = "0")]
267 impl<T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> DispatchFromDyn<Weak<U>> for Weak<T> {}
268
269 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
270 impl<T: ?Sized + fmt::Debug> fmt::Debug for Weak<T> {
271     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
272         write!(f, "(Weak)")
273     }
274 }
275
276 struct ArcInner<T: ?Sized> {
277     strong: atomic::AtomicUsize,
278
279     // the value usize::MAX acts as a sentinel for temporarily "locking" the
280     // ability to upgrade weak pointers or downgrade strong ones; this is used
281     // to avoid races in `make_mut` and `get_mut`.
282     weak: atomic::AtomicUsize,
283
284     data: T,
285 }
286
287 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Send for ArcInner<T> {}
288 unsafe impl<T: ?Sized + Sync + Send> Sync for ArcInner<T> {}
289
290 impl<T> Arc<T> {
291     /// Constructs a new `Arc<T>`.
292     ///
293     /// # Examples
294     ///
295     /// ```
296     /// use std::sync::Arc;
297     ///
298     /// let five = Arc::new(5);
299     /// ```
300     #[inline]
301     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
302     pub fn new(data: T) -> Arc<T> {
303         // Start the weak pointer count as 1 which is the weak pointer that's
304         // held by all the strong pointers (kinda), see std/rc.rs for more info
305         let x: Box<_> = box ArcInner {
306             strong: atomic::AtomicUsize::new(1),
307             weak: atomic::AtomicUsize::new(1),
308             data,
309         };
310         Self::from_inner(Box::into_raw_non_null(x))
311     }
312
313     /// Constructs a new `Arc` with uninitialized contents.
314     ///
315     /// # Examples
316     ///
317     /// ```
318     /// #![feature(new_uninit)]
319     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
320     ///
321     /// use std::sync::Arc;
322     ///
323     /// let mut five = Arc::<u32>::new_uninit();
324     ///
325     /// let five = unsafe {
326     ///     // Deferred initialization:
327     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut five).as_mut_ptr().write(5);
328     ///
329     ///     five.assume_init()
330     /// };
331     ///
332     /// assert_eq!(*five, 5)
333     /// ```
334     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
335     pub fn new_uninit() -> Arc<mem::MaybeUninit<T>> {
336         unsafe {
337             Arc::from_ptr(Arc::allocate_for_layout(
338                 Layout::new::<T>(),
339                 |mem| mem as *mut ArcInner<mem::MaybeUninit<T>>,
340             ))
341         }
342     }
343
344     /// Constructs a new `Arc` with uninitialized contents, with the memory
345     /// being filled with `0` bytes.
346     ///
347     /// See [`MaybeUninit::zeroed`][zeroed] for examples of correct and incorrect usage
348     /// of this method.
349     ///
350     /// # Examples
351     ///
352     /// ```
353     /// #![feature(new_uninit)]
354     ///
355     /// use std::sync::Arc;
356     ///
357     /// let zero = Arc::<u32>::new_zeroed();
358     /// let zero = unsafe { zero.assume_init() };
359     ///
360     /// assert_eq!(*zero, 0)
361     /// ```
362     ///
363     /// [zeroed]: ../../std/mem/union.MaybeUninit.html#method.zeroed
364     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
365     pub fn new_zeroed() -> Arc<mem::MaybeUninit<T>> {
366         unsafe {
367             let mut uninit = Self::new_uninit();
368             ptr::write_bytes::<T>(Arc::get_mut_unchecked(&mut uninit).as_mut_ptr(), 0, 1);
369             uninit
370         }
371     }
372
373     /// Constructs a new `Pin<Arc<T>>`. If `T` does not implement `Unpin`, then
374     /// `data` will be pinned in memory and unable to be moved.
375     #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
376     pub fn pin(data: T) -> Pin<Arc<T>> {
377         unsafe { Pin::new_unchecked(Arc::new(data)) }
378     }
379
380     /// Returns the inner value, if the `Arc` has exactly one strong reference.
381     ///
382     /// Otherwise, an [`Err`][result] is returned with the same `Arc` that was
383     /// passed in.
384     ///
385     /// This will succeed even if there are outstanding weak references.
386     ///
387     /// [result]: ../../std/result/enum.Result.html
388     ///
389     /// # Examples
390     ///
391     /// ```
392     /// use std::sync::Arc;
393     ///
394     /// let x = Arc::new(3);
395     /// assert_eq!(Arc::try_unwrap(x), Ok(3));
396     ///
397     /// let x = Arc::new(4);
398     /// let _y = Arc::clone(&x);
399     /// assert_eq!(*Arc::try_unwrap(x).unwrap_err(), 4);
400     /// ```
401     #[inline]
402     #[stable(feature = "arc_unique", since = "1.4.0")]
403     pub fn try_unwrap(this: Self) -> Result<T, Self> {
404         // See `drop` for why all these atomics are like this
405         if this.inner().strong.compare_exchange(1, 0, Release, Relaxed).is_err() {
406             return Err(this);
407         }
408
409         atomic::fence(Acquire);
410
411         unsafe {
412             let elem = ptr::read(&this.ptr.as_ref().data);
413
414             // Make a weak pointer to clean up the implicit strong-weak reference
415             let _weak = Weak { ptr: this.ptr };
416             mem::forget(this);
417
418             Ok(elem)
419         }
420     }
421 }
422
423 impl<T> Arc<[T]> {
424     /// Constructs a new reference-counted slice with uninitialized contents.
425     ///
426     /// # Examples
427     ///
428     /// ```
429     /// #![feature(new_uninit)]
430     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
431     ///
432     /// use std::sync::Arc;
433     ///
434     /// let mut values = Arc::<[u32]>::new_uninit_slice(3);
435     ///
436     /// let values = unsafe {
437     ///     // Deferred initialization:
438     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[0].as_mut_ptr().write(1);
439     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[1].as_mut_ptr().write(2);
440     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[2].as_mut_ptr().write(3);
441     ///
442     ///     values.assume_init()
443     /// };
444     ///
445     /// assert_eq!(*values, [1, 2, 3])
446     /// ```
447     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
448     pub fn new_uninit_slice(len: usize) -> Arc<[mem::MaybeUninit<T>]> {
449         unsafe {
450             Arc::from_ptr(Arc::allocate_for_slice(len))
451         }
452     }
453 }
454
455 impl<T> Arc<mem::MaybeUninit<T>> {
456     /// Converts to `Arc<T>`.
457     ///
458     /// # Safety
459     ///
460     /// As with [`MaybeUninit::assume_init`],
461     /// it is up to the caller to guarantee that the inner value
462     /// really is in an initialized state.
463     /// Calling this when the content is not yet fully initialized
464     /// causes immediate undefined behavior.
465     ///
466     /// [`MaybeUninit::assume_init`]: ../../std/mem/union.MaybeUninit.html#method.assume_init
467     ///
468     /// # Examples
469     ///
470     /// ```
471     /// #![feature(new_uninit)]
472     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
473     ///
474     /// use std::sync::Arc;
475     ///
476     /// let mut five = Arc::<u32>::new_uninit();
477     ///
478     /// let five = unsafe {
479     ///     // Deferred initialization:
480     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut five).as_mut_ptr().write(5);
481     ///
482     ///     five.assume_init()
483     /// };
484     ///
485     /// assert_eq!(*five, 5)
486     /// ```
487     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
488     #[inline]
489     pub unsafe fn assume_init(self) -> Arc<T> {
490         Arc::from_inner(mem::ManuallyDrop::new(self).ptr.cast())
491     }
492 }
493
494 impl<T> Arc<[mem::MaybeUninit<T>]> {
495     /// Converts to `Arc<[T]>`.
496     ///
497     /// # Safety
498     ///
499     /// As with [`MaybeUninit::assume_init`],
500     /// it is up to the caller to guarantee that the inner value
501     /// really is in an initialized state.
502     /// Calling this when the content is not yet fully initialized
503     /// causes immediate undefined behavior.
504     ///
505     /// [`MaybeUninit::assume_init`]: ../../std/mem/union.MaybeUninit.html#method.assume_init
506     ///
507     /// # Examples
508     ///
509     /// ```
510     /// #![feature(new_uninit)]
511     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
512     ///
513     /// use std::sync::Arc;
514     ///
515     /// let mut values = Arc::<[u32]>::new_uninit_slice(3);
516     ///
517     /// let values = unsafe {
518     ///     // Deferred initialization:
519     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[0].as_mut_ptr().write(1);
520     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[1].as_mut_ptr().write(2);
521     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut values)[2].as_mut_ptr().write(3);
522     ///
523     ///     values.assume_init()
524     /// };
525     ///
526     /// assert_eq!(*values, [1, 2, 3])
527     /// ```
528     #[unstable(feature = "new_uninit", issue = "63291")]
529     #[inline]
530     pub unsafe fn assume_init(self) -> Arc<[T]> {
531         Arc::from_ptr(mem::ManuallyDrop::new(self).ptr.as_ptr() as _)
532     }
533 }
534
535 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
536     /// Consumes the `Arc`, returning the wrapped pointer.
537     ///
538     /// To avoid a memory leak the pointer must be converted back to an `Arc` using
539     /// [`Arc::from_raw`][from_raw].
540     ///
541     /// [from_raw]: struct.Arc.html#method.from_raw
542     ///
543     /// # Examples
544     ///
545     /// ```
546     /// use std::sync::Arc;
547     ///
548     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
549     /// let x_ptr = Arc::into_raw(x);
550     /// assert_eq!(unsafe { &*x_ptr }, "hello");
551     /// ```
552     #[stable(feature = "rc_raw", since = "1.17.0")]
553     pub fn into_raw(this: Self) -> *const T {
554         let ptr: *mut ArcInner<T> = NonNull::as_ptr(this.ptr);
555         let fake_ptr = ptr as *mut T;
556         mem::forget(this);
557
558         // SAFETY: This cannot go through Deref::deref.
559         // Instead, we manually offset the pointer rather than manifesting a reference.
560         // This is so that the returned pointer retains the same provenance as our pointer.
561         // This is required so that e.g. `get_mut` can write through the pointer
562         // after the Arc is recovered through `from_raw`.
563         unsafe {
564             let offset = data_offset(&(*ptr).data);
565             set_data_ptr(fake_ptr, (ptr as *mut u8).offset(offset))
566         }
567     }
568
569     /// Constructs an `Arc` from a raw pointer.
570     ///
571     /// The raw pointer must have been previously returned by a call to a
572     /// [`Arc::into_raw`][into_raw].
573     ///
574     /// This function is unsafe because improper use may lead to memory problems. For example, a
575     /// double-free may occur if the function is called twice on the same raw pointer.
576     ///
577     /// [into_raw]: struct.Arc.html#method.into_raw
578     ///
579     /// # Examples
580     ///
581     /// ```
582     /// use std::sync::Arc;
583     ///
584     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
585     /// let x_ptr = Arc::into_raw(x);
586     ///
587     /// unsafe {
588     ///     // Convert back to an `Arc` to prevent leak.
589     ///     let x = Arc::from_raw(x_ptr);
590     ///     assert_eq!(&*x, "hello");
591     ///
592     ///     // Further calls to `Arc::from_raw(x_ptr)` would be memory-unsafe.
593     /// }
594     ///
595     /// // The memory was freed when `x` went out of scope above, so `x_ptr` is now dangling!
596     /// ```
597     #[stable(feature = "rc_raw", since = "1.17.0")]
598     pub unsafe fn from_raw(ptr: *const T) -> Self {
599         let offset = data_offset(ptr);
600
601         // Reverse the offset to find the original ArcInner.
602         let fake_ptr = ptr as *mut ArcInner<T>;
603         let arc_ptr = set_data_ptr(fake_ptr, (ptr as *mut u8).offset(-offset));
604
605         Self::from_ptr(arc_ptr)
606     }
607
608     /// Consumes the `Arc`, returning the wrapped pointer as `NonNull<T>`.
609     ///
610     /// # Examples
611     ///
612     /// ```
613     /// #![feature(rc_into_raw_non_null)]
614     ///
615     /// use std::sync::Arc;
616     ///
617     /// let x = Arc::new("hello".to_owned());
618     /// let ptr = Arc::into_raw_non_null(x);
619     /// let deref = unsafe { ptr.as_ref() };
620     /// assert_eq!(deref, "hello");
621     /// ```
622     #[unstable(feature = "rc_into_raw_non_null", issue = "47336")]
623     #[inline]
624     pub fn into_raw_non_null(this: Self) -> NonNull<T> {
625         // safe because Arc guarantees its pointer is non-null
626         unsafe { NonNull::new_unchecked(Arc::into_raw(this) as *mut _) }
627     }
628
629     /// Creates a new [`Weak`][weak] pointer to this allocation.
630     ///
631     /// [weak]: struct.Weak.html
632     ///
633     /// # Examples
634     ///
635     /// ```
636     /// use std::sync::Arc;
637     ///
638     /// let five = Arc::new(5);
639     ///
640     /// let weak_five = Arc::downgrade(&five);
641     /// ```
642     #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
643     pub fn downgrade(this: &Self) -> Weak<T> {
644         // This Relaxed is OK because we're checking the value in the CAS
645         // below.
646         let mut cur = this.inner().weak.load(Relaxed);
647
648         loop {
649             // check if the weak counter is currently "locked"; if so, spin.
650             if cur == usize::MAX {
651                 cur = this.inner().weak.load(Relaxed);
652                 continue;
653             }
654
655             // NOTE: this code currently ignores the possibility of overflow
656             // into usize::MAX; in general both Rc and Arc need to be adjusted
657             // to deal with overflow.
658
659             // Unlike with Clone(), we need this to be an Acquire read to
660             // synchronize with the write coming from `is_unique`, so that the
661             // events prior to that write happen before this read.
662             match this.inner().weak.compare_exchange_weak(cur, cur + 1, Acquire, Relaxed) {
663                 Ok(_) => {
664                     // Make sure we do not create a dangling Weak
665                     debug_assert!(!is_dangling(this.ptr));
666                     return Weak { ptr: this.ptr };
667                 }
668                 Err(old) => cur = old,
669             }
670         }
671     }
672
673     /// Gets the number of [`Weak`][weak] pointers to this allocation.
674     ///
675     /// [weak]: struct.Weak.html
676     ///
677     /// # Safety
678     ///
679     /// This method by itself is safe, but using it correctly requires extra care.
680     /// Another thread can change the weak count at any time,
681     /// including potentially between calling this method and acting on the result.
682     ///
683     /// # Examples
684     ///
685     /// ```
686     /// use std::sync::Arc;
687     ///
688     /// let five = Arc::new(5);
689     /// let _weak_five = Arc::downgrade(&five);
690     ///
691     /// // This assertion is deterministic because we haven't shared
692     /// // the `Arc` or `Weak` between threads.
693     /// assert_eq!(1, Arc::weak_count(&five));
694     /// ```
695     #[inline]
696     #[stable(feature = "arc_counts", since = "1.15.0")]
697     pub fn weak_count(this: &Self) -> usize {
698         let cnt = this.inner().weak.load(SeqCst);
699         // If the weak count is currently locked, the value of the
700         // count was 0 just before taking the lock.
701         if cnt == usize::MAX { 0 } else { cnt - 1 }
702     }
703
704     /// Gets the number of strong (`Arc`) pointers to this allocation.
705     ///
706     /// # Safety
707     ///
708     /// This method by itself is safe, but using it correctly requires extra care.
709     /// Another thread can change the strong count at any time,
710     /// including potentially between calling this method and acting on the result.
711     ///
712     /// # Examples
713     ///
714     /// ```
715     /// use std::sync::Arc;
716     ///
717     /// let five = Arc::new(5);
718     /// let _also_five = Arc::clone(&five);
719     ///
720     /// // This assertion is deterministic because we haven't shared
721     /// // the `Arc` between threads.
722     /// assert_eq!(2, Arc::strong_count(&five));
723     /// ```
724     #[inline]
725     #[stable(feature = "arc_counts", since = "1.15.0")]
726     pub fn strong_count(this: &Self) -> usize {
727         this.inner().strong.load(SeqCst)
728     }
729
730     #[inline]
731     fn inner(&self) -> &ArcInner<T> {
732         // This unsafety is ok because while this arc is alive we're guaranteed
733         // that the inner pointer is valid. Furthermore, we know that the
734         // `ArcInner` structure itself is `Sync` because the inner data is
735         // `Sync` as well, so we're ok loaning out an immutable pointer to these
736         // contents.
737         unsafe { self.ptr.as_ref() }
738     }
739
740     // Non-inlined part of `drop`.
741     #[inline(never)]
742     unsafe fn drop_slow(&mut self) {
743         // Destroy the data at this time, even though we may not free the box
744         // allocation itself (there may still be weak pointers lying around).
745         ptr::drop_in_place(&mut self.ptr.as_mut().data);
746
747         if self.inner().weak.fetch_sub(1, Release) == 1 {
748             atomic::fence(Acquire);
749             Global.dealloc(self.ptr.cast(), Layout::for_value(self.ptr.as_ref()))
750         }
751     }
752
753     #[inline]
754     #[stable(feature = "ptr_eq", since = "1.17.0")]
755     /// Returns `true` if the two `Arc`s point to the same allocation
756     /// (in a vein similar to [`ptr::eq`]).
757     ///
758     /// # Examples
759     ///
760     /// ```
761     /// use std::sync::Arc;
762     ///
763     /// let five = Arc::new(5);
764     /// let same_five = Arc::clone(&five);
765     /// let other_five = Arc::new(5);
766     ///
767     /// assert!(Arc::ptr_eq(&five, &same_five));
768     /// assert!(!Arc::ptr_eq(&five, &other_five));
769     /// ```
770     ///
771     /// [`ptr::eq`]: ../../std/ptr/fn.eq.html
772     pub fn ptr_eq(this: &Self, other: &Self) -> bool {
773         this.ptr.as_ptr() == other.ptr.as_ptr()
774     }
775 }
776
777 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
778     /// Allocates an `ArcInner<T>` with sufficient space for
779     /// a possibly-unsized inner value where the value has the layout provided.
780     ///
781     /// The function `mem_to_arcinner` is called with the data pointer
782     /// and must return back a (potentially fat)-pointer for the `ArcInner<T>`.
783     unsafe fn allocate_for_layout(
784         value_layout: Layout,
785         mem_to_arcinner: impl FnOnce(*mut u8) -> *mut ArcInner<T>
786     ) -> *mut ArcInner<T> {
787         // Calculate layout using the given value layout.
788         // Previously, layout was calculated on the expression
789         // `&*(ptr as *const ArcInner<T>)`, but this created a misaligned
790         // reference (see #54908).
791         let layout = Layout::new::<ArcInner<()>>()
792             .extend(value_layout).unwrap().0
793             .pad_to_align();
794
795         let mem = Global.alloc(layout)
796             .unwrap_or_else(|_| handle_alloc_error(layout));
797
798         // Initialize the ArcInner
799         let inner = mem_to_arcinner(mem.as_ptr());
800         debug_assert_eq!(Layout::for_value(&*inner), layout);
801
802         ptr::write(&mut (*inner).strong, atomic::AtomicUsize::new(1));
803         ptr::write(&mut (*inner).weak, atomic::AtomicUsize::new(1));
804
805         inner
806     }
807
808     /// Allocates an `ArcInner<T>` with sufficient space for an unsized inner value.
809     unsafe fn allocate_for_ptr(ptr: *const T) -> *mut ArcInner<T> {
810         // Allocate for the `ArcInner<T>` using the given value.
811         Self::allocate_for_layout(
812             Layout::for_value(&*ptr),
813             |mem| set_data_ptr(ptr as *mut T, mem) as *mut ArcInner<T>,
814         )
815     }
816
817     fn from_box(v: Box<T>) -> Arc<T> {
818         unsafe {
819             let box_unique = Box::into_unique(v);
820             let bptr = box_unique.as_ptr();
821
822             let value_size = size_of_val(&*bptr);
823             let ptr = Self::allocate_for_ptr(bptr);
824
825             // Copy value as bytes
826             ptr::copy_nonoverlapping(
827                 bptr as *const T as *const u8,
828                 &mut (*ptr).data as *mut _ as *mut u8,
829                 value_size);
830
831             // Free the allocation without dropping its contents
832             box_free(box_unique);
833
834             Self::from_ptr(ptr)
835         }
836     }
837 }
838
839 impl<T> Arc<[T]> {
840     /// Allocates an `ArcInner<[T]>` with the given length.
841     unsafe fn allocate_for_slice(len: usize) -> *mut ArcInner<[T]> {
842         Self::allocate_for_layout(
843             Layout::array::<T>(len).unwrap(),
844             |mem| ptr::slice_from_raw_parts_mut(mem as *mut T, len) as *mut ArcInner<[T]>,
845         )
846     }
847 }
848
849 /// Sets the data pointer of a `?Sized` raw pointer.
850 ///
851 /// For a slice/trait object, this sets the `data` field and leaves the rest
852 /// unchanged. For a sized raw pointer, this simply sets the pointer.
853 unsafe fn set_data_ptr<T: ?Sized, U>(mut ptr: *mut T, data: *mut U) -> *mut T {
854     ptr::write(&mut ptr as *mut _ as *mut *mut u8, data as *mut u8);
855     ptr
856 }
857
858 impl<T> Arc<[T]> {
859     /// Copy elements from slice into newly allocated Arc<[T]>
860     ///
861     /// Unsafe because the caller must either take ownership or bind `T: Copy`.
862     unsafe fn copy_from_slice(v: &[T]) -> Arc<[T]> {
863         let ptr = Self::allocate_for_slice(v.len());
864
865         ptr::copy_nonoverlapping(
866             v.as_ptr(),
867             &mut (*ptr).data as *mut [T] as *mut T,
868             v.len());
869
870         Self::from_ptr(ptr)
871     }
872
873     /// Constructs an `Arc<[T]>` from an iterator known to be of a certain size.
874     ///
875     /// Behavior is undefined should the size be wrong.
876     unsafe fn from_iter_exact(iter: impl iter::Iterator<Item = T>, len: usize) -> Arc<[T]> {
877         // Panic guard while cloning T elements.
878         // In the event of a panic, elements that have been written
879         // into the new ArcInner will be dropped, then the memory freed.
880         struct Guard<T> {
881             mem: NonNull<u8>,
882             elems: *mut T,
883             layout: Layout,
884             n_elems: usize,
885         }
886
887         impl<T> Drop for Guard<T> {
888             fn drop(&mut self) {
889                 unsafe {
890                     let slice = from_raw_parts_mut(self.elems, self.n_elems);
891                     ptr::drop_in_place(slice);
892
893                     Global.dealloc(self.mem.cast(), self.layout);
894                 }
895             }
896         }
897
898         let ptr = Self::allocate_for_slice(len);
899
900         let mem = ptr as *mut _ as *mut u8;
901         let layout = Layout::for_value(&*ptr);
902
903         // Pointer to first element
904         let elems = &mut (*ptr).data as *mut [T] as *mut T;
905
906         let mut guard = Guard {
907             mem: NonNull::new_unchecked(mem),
908             elems,
909             layout,
910             n_elems: 0,
911         };
912
913         for (i, item) in iter.enumerate() {
914             ptr::write(elems.add(i), item);
915             guard.n_elems += 1;
916         }
917
918         // All clear. Forget the guard so it doesn't free the new ArcInner.
919         mem::forget(guard);
920
921         Self::from_ptr(ptr)
922     }
923 }
924
925 /// Specialization trait used for `From<&[T]>`.
926 trait ArcFromSlice<T> {
927     fn from_slice(slice: &[T]) -> Self;
928 }
929
930 impl<T: Clone> ArcFromSlice<T> for Arc<[T]> {
931     #[inline]
932     default fn from_slice(v: &[T]) -> Self {
933         unsafe {
934             Self::from_iter_exact(v.iter().cloned(), v.len())
935         }
936     }
937 }
938
939 impl<T: Copy> ArcFromSlice<T> for Arc<[T]> {
940     #[inline]
941     fn from_slice(v: &[T]) -> Self {
942         unsafe { Arc::copy_from_slice(v) }
943     }
944 }
945
946 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
947 impl<T: ?Sized> Clone for Arc<T> {
948     /// Makes a clone of the `Arc` pointer.
949     ///
950     /// This creates another pointer to the same allocation, increasing the
951     /// strong reference count.
952     ///
953     /// # Examples
954     ///
955     /// ```
956     /// use std::sync::Arc;
957     ///
958     /// let five = Arc::new(5);
959     ///
960     /// let _ = Arc::clone(&five);
961     /// ```
962     #[inline]
963     fn clone(&self) -> Arc<T> {
964         // Using a relaxed ordering is alright here, as knowledge of the
965         // original reference prevents other threads from erroneously deleting
966         // the object.
967         //
968         // As explained in the [Boost documentation][1], Increasing the
969         // reference counter can always be done with memory_order_relaxed: New
970         // references to an object can only be formed from an existing
971         // reference, and passing an existing reference from one thread to
972         // another must already provide any required synchronization.
973         //
974         // [1]: (www.boost.org/doc/libs/1_55_0/doc/html/atomic/usage_examples.html)
975         let old_size = self.inner().strong.fetch_add(1, Relaxed);
976
977         // However we need to guard against massive refcounts in case someone
978         // is `mem::forget`ing Arcs. If we don't do this the count can overflow
979         // and users will use-after free. We racily saturate to `isize::MAX` on
980         // the assumption that there aren't ~2 billion threads incrementing
981         // the reference count at once. This branch will never be taken in
982         // any realistic program.
983         //
984         // We abort because such a program is incredibly degenerate, and we
985         // don't care to support it.
986         if old_size > MAX_REFCOUNT {
987             unsafe {
988                 abort();
989             }
990         }
991
992         Self::from_inner(self.ptr)
993     }
994 }
995
996 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
997 impl<T: ?Sized> Deref for Arc<T> {
998     type Target = T;
999
1000     #[inline]
1001     fn deref(&self) -> &T {
1002         &self.inner().data
1003     }
1004 }
1005
1006 #[unstable(feature = "receiver_trait", issue = "0")]
1007 impl<T: ?Sized> Receiver for Arc<T> {}
1008
1009 impl<T: Clone> Arc<T> {
1010     /// Makes a mutable reference into the given `Arc`.
1011     ///
1012     /// If there are other `Arc` or [`Weak`][weak] pointers to the same allocation,
1013     /// then `make_mut` will create a new allocation and invoke [`clone`][clone] on the inner value
1014     /// to ensure unique ownership. This is also referred to as clone-on-write.
1015     ///
1016     /// Note that this differs from the behavior of [`Rc::make_mut`] which disassociates
1017     /// any remaining `Weak` pointers.
1018     ///
1019     /// See also [`get_mut`][get_mut], which will fail rather than cloning.
1020     ///
1021     /// [weak]: struct.Weak.html
1022     /// [clone]: ../../std/clone/trait.Clone.html#tymethod.clone
1023     /// [get_mut]: struct.Arc.html#method.get_mut
1024     /// [`Rc::make_mut`]: ../rc/struct.Rc.html#method.make_mut
1025     ///
1026     /// # Examples
1027     ///
1028     /// ```
1029     /// use std::sync::Arc;
1030     ///
1031     /// let mut data = Arc::new(5);
1032     ///
1033     /// *Arc::make_mut(&mut data) += 1;         // Won't clone anything
1034     /// let mut other_data = Arc::clone(&data); // Won't clone inner data
1035     /// *Arc::make_mut(&mut data) += 1;         // Clones inner data
1036     /// *Arc::make_mut(&mut data) += 1;         // Won't clone anything
1037     /// *Arc::make_mut(&mut other_data) *= 2;   // Won't clone anything
1038     ///
1039     /// // Now `data` and `other_data` point to different allocations.
1040     /// assert_eq!(*data, 8);
1041     /// assert_eq!(*other_data, 12);
1042     /// ```
1043     #[inline]
1044     #[stable(feature = "arc_unique", since = "1.4.0")]
1045     pub fn make_mut(this: &mut Self) -> &mut T {
1046         // Note that we hold both a strong reference and a weak reference.
1047         // Thus, releasing our strong reference only will not, by itself, cause
1048         // the memory to be deallocated.
1049         //
1050         // Use Acquire to ensure that we see any writes to `weak` that happen
1051         // before release writes (i.e., decrements) to `strong`. Since we hold a
1052         // weak count, there's no chance the ArcInner itself could be
1053         // deallocated.
1054         if this.inner().strong.compare_exchange(1, 0, Acquire, Relaxed).is_err() {
1055             // Another strong pointer exists; clone
1056             *this = Arc::new((**this).clone());
1057         } else if this.inner().weak.load(Relaxed) != 1 {
1058             // Relaxed suffices in the above because this is fundamentally an
1059             // optimization: we are always racing with weak pointers being
1060             // dropped. Worst case, we end up allocated a new Arc unnecessarily.
1061
1062             // We removed the last strong ref, but there are additional weak
1063             // refs remaining. We'll move the contents to a new Arc, and
1064             // invalidate the other weak refs.
1065
1066             // Note that it is not possible for the read of `weak` to yield
1067             // usize::MAX (i.e., locked), since the weak count can only be
1068             // locked by a thread with a strong reference.
1069
1070             // Materialize our own implicit weak pointer, so that it can clean
1071             // up the ArcInner as needed.
1072             let weak = Weak { ptr: this.ptr };
1073
1074             // mark the data itself as already deallocated
1075             unsafe {
1076                 // there is no data race in the implicit write caused by `read`
1077                 // here (due to zeroing) because data is no longer accessed by
1078                 // other threads (due to there being no more strong refs at this
1079                 // point).
1080                 let mut swap = Arc::new(ptr::read(&weak.ptr.as_ref().data));
1081                 mem::swap(this, &mut swap);
1082                 mem::forget(swap);
1083             }
1084         } else {
1085             // We were the sole reference of either kind; bump back up the
1086             // strong ref count.
1087             this.inner().strong.store(1, Release);
1088         }
1089
1090         // As with `get_mut()`, the unsafety is ok because our reference was
1091         // either unique to begin with, or became one upon cloning the contents.
1092         unsafe {
1093             &mut this.ptr.as_mut().data
1094         }
1095     }
1096 }
1097
1098 impl<T: ?Sized> Arc<T> {
1099     /// Returns a mutable reference into the given `Arc`, if there are
1100     /// no other `Arc` or [`Weak`][weak] pointers to the same allocation.
1101     ///
1102     /// Returns [`None`][option] otherwise, because it is not safe to
1103     /// mutate a shared value.
1104     ///
1105     /// See also [`make_mut`][make_mut], which will [`clone`][clone]
1106     /// the inner value when there are other pointers.
1107     ///
1108     /// [weak]: struct.Weak.html
1109     /// [option]: ../../std/option/enum.Option.html
1110     /// [make_mut]: struct.Arc.html#method.make_mut
1111     /// [clone]: ../../std/clone/trait.Clone.html#tymethod.clone
1112     ///
1113     /// # Examples
1114     ///
1115     /// ```
1116     /// use std::sync::Arc;
1117     ///
1118     /// let mut x = Arc::new(3);
1119     /// *Arc::get_mut(&mut x).unwrap() = 4;
1120     /// assert_eq!(*x, 4);
1121     ///
1122     /// let _y = Arc::clone(&x);
1123     /// assert!(Arc::get_mut(&mut x).is_none());
1124     /// ```
1125     #[inline]
1126     #[stable(feature = "arc_unique", since = "1.4.0")]
1127     pub fn get_mut(this: &mut Self) -> Option<&mut T> {
1128         if this.is_unique() {
1129             // This unsafety is ok because we're guaranteed that the pointer
1130             // returned is the *only* pointer that will ever be returned to T. Our
1131             // reference count is guaranteed to be 1 at this point, and we required
1132             // the Arc itself to be `mut`, so we're returning the only possible
1133             // reference to the inner data.
1134             unsafe {
1135                 Some(Arc::get_mut_unchecked(this))
1136             }
1137         } else {
1138             None
1139         }
1140     }
1141
1142     /// Returns a mutable reference into the given `Arc`,
1143     /// without any check.
1144     ///
1145     /// See also [`get_mut`], which is safe and does appropriate checks.
1146     ///
1147     /// [`get_mut`]: struct.Arc.html#method.get_mut
1148     ///
1149     /// # Safety
1150     ///
1151     /// Any other `Arc` or [`Weak`] pointers to the same allocation must not be dereferenced
1152     /// for the duration of the returned borrow.
1153     /// This is trivially the case if no such pointers exist,
1154     /// for example immediately after `Arc::new`.
1155     ///
1156     /// # Examples
1157     ///
1158     /// ```
1159     /// #![feature(get_mut_unchecked)]
1160     ///
1161     /// use std::sync::Arc;
1162     ///
1163     /// let mut x = Arc::new(String::new());
1164     /// unsafe {
1165     ///     Arc::get_mut_unchecked(&mut x).push_str("foo")
1166     /// }
1167     /// assert_eq!(*x, "foo");
1168     /// ```
1169     #[inline]
1170     #[unstable(feature = "get_mut_unchecked", issue = "63292")]
1171     pub unsafe fn get_mut_unchecked(this: &mut Self) -> &mut T {
1172         &mut this.ptr.as_mut().data
1173     }
1174
1175     /// Determine whether this is the unique reference (including weak refs) to
1176     /// the underlying data.
1177     ///
1178     /// Note that this requires locking the weak ref count.
1179     fn is_unique(&mut self) -> bool {
1180         // lock the weak pointer count if we appear to be the sole weak pointer
1181         // holder.
1182         //
1183         // The acquire label here ensures a happens-before relationship with any
1184         // writes to `strong` (in particular in `Weak::upgrade`) prior to decrements
1185         // of the `weak` count (via `Weak::drop`, which uses release).  If the upgraded
1186         // weak ref was never dropped, the CAS here will fail so we do not care to synchronize.
1187         if self.inner().weak.compare_exchange(1, usize::MAX, Acquire, Relaxed).is_ok() {
1188             // This needs to be an `Acquire` to synchronize with the decrement of the `strong`
1189             // counter in `drop` -- the only access that happens when any but the last reference
1190             // is being dropped.
1191             let unique = self.inner().strong.load(Acquire) == 1;
1192
1193             // The release write here synchronizes with a read in `downgrade`,
1194             // effectively preventing the above read of `strong` from happening
1195             // after the write.
1196             self.inner().weak.store(1, Release); // release the lock
1197             unique
1198         } else {
1199             false
1200         }
1201     }
1202 }
1203
1204 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1205 unsafe impl<#[may_dangle] T: ?Sized> Drop for Arc<T> {
1206     /// Drops the `Arc`.
1207     ///
1208     /// This will decrement the strong reference count. If the strong reference
1209     /// count reaches zero then the only other references (if any) are
1210     /// [`Weak`], so we `drop` the inner value.
1211     ///
1212     /// # Examples
1213     ///
1214     /// ```
1215     /// use std::sync::Arc;
1216     ///
1217     /// struct Foo;
1218     ///
1219     /// impl Drop for Foo {
1220     ///     fn drop(&mut self) {
1221     ///         println!("dropped!");
1222     ///     }
1223     /// }
1224     ///
1225     /// let foo  = Arc::new(Foo);
1226     /// let foo2 = Arc::clone(&foo);
1227     ///
1228     /// drop(foo);    // Doesn't print anything
1229     /// drop(foo2);   // Prints "dropped!"
1230     /// ```
1231     ///
1232     /// [`Weak`]: ../../std/sync/struct.Weak.html
1233     #[inline]
1234     fn drop(&mut self) {
1235         // Because `fetch_sub` is already atomic, we do not need to synchronize
1236         // with other threads unless we are going to delete the object. This
1237         // same logic applies to the below `fetch_sub` to the `weak` count.
1238         if self.inner().strong.fetch_sub(1, Release) != 1 {
1239             return;
1240         }
1241
1242         // This fence is needed to prevent reordering of use of the data and
1243         // deletion of the data.  Because it is marked `Release`, the decreasing
1244         // of the reference count synchronizes with this `Acquire` fence. This
1245         // means that use of the data happens before decreasing the reference
1246         // count, which happens before this fence, which happens before the
1247         // deletion of the data.
1248         //
1249         // As explained in the [Boost documentation][1],
1250         //
1251         // > It is important to enforce any possible access to the object in one
1252         // > thread (through an existing reference) to *happen before* deleting
1253         // > the object in a different thread. This is achieved by a "release"
1254         // > operation after dropping a reference (any access to the object
1255         // > through this reference must obviously happened before), and an
1256         // > "acquire" operation before deleting the object.
1257         //
1258         // In particular, while the contents of an Arc are usually immutable, it's
1259         // possible to have interior writes to something like a Mutex<T>. Since a
1260         // Mutex is not acquired when it is deleted, we can't rely on its
1261         // synchronization logic to make writes in thread A visible to a destructor
1262         // running in thread B.
1263         //
1264         // Also note that the Acquire fence here could probably be replaced with an
1265         // Acquire load, which could improve performance in highly-contended
1266         // situations. See [2].
1267         //
1268         // [1]: (www.boost.org/doc/libs/1_55_0/doc/html/atomic/usage_examples.html)
1269         // [2]: (https://github.com/rust-lang/rust/pull/41714)
1270         atomic::fence(Acquire);
1271
1272         unsafe {
1273             self.drop_slow();
1274         }
1275     }
1276 }
1277
1278 impl Arc<dyn Any + Send + Sync> {
1279     #[inline]
1280     #[stable(feature = "rc_downcast", since = "1.29.0")]
1281     /// Attempt to downcast the `Arc<dyn Any + Send + Sync>` to a concrete type.
1282     ///
1283     /// # Examples
1284     ///
1285     /// ```
1286     /// use std::any::Any;
1287     /// use std::sync::Arc;
1288     ///
1289     /// fn print_if_string(value: Arc<dyn Any + Send + Sync>) {
1290     ///     if let Ok(string) = value.downcast::<String>() {
1291     ///         println!("String ({}): {}", string.len(), string);
1292     ///     }
1293     /// }
1294     ///
1295     /// let my_string = "Hello World".to_string();
1296     /// print_if_string(Arc::new(my_string));
1297     /// print_if_string(Arc::new(0i8));
1298     /// ```
1299     pub fn downcast<T>(self) -> Result<Arc<T>, Self>
1300     where
1301         T: Any + Send + Sync + 'static,
1302     {
1303         if (*self).is::<T>() {
1304             let ptr = self.ptr.cast::<ArcInner<T>>();
1305             mem::forget(self);
1306             Ok(Arc::from_inner(ptr))
1307         } else {
1308             Err(self)
1309         }
1310     }
1311 }
1312
1313 impl<T> Weak<T> {
1314     /// Constructs a new `Weak<T>`, without allocating any memory.
1315     /// Calling [`upgrade`] on the return value always gives [`None`].
1316     ///
1317     /// [`upgrade`]: struct.Weak.html#method.upgrade
1318     /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
1319     ///
1320     /// # Examples
1321     ///
1322     /// ```
1323     /// use std::sync::Weak;
1324     ///
1325     /// let empty: Weak<i64> = Weak::new();
1326     /// assert!(empty.upgrade().is_none());
1327     /// ```
1328     #[stable(feature = "downgraded_weak", since = "1.10.0")]
1329     pub fn new() -> Weak<T> {
1330         Weak {
1331             ptr: NonNull::new(usize::MAX as *mut ArcInner<T>).expect("MAX is not 0"),
1332         }
1333     }
1334
1335     /// Returns a raw pointer to the object `T` pointed to by this `Weak<T>`.
1336     ///
1337     /// The pointer is valid only if there are some strong references. The pointer may be dangling
1338     /// or even [`null`] otherwise.
1339     ///
1340     /// # Examples
1341     ///
1342     /// ```
1343     /// #![feature(weak_into_raw)]
1344     ///
1345     /// use std::sync::Arc;
1346     /// use std::ptr;
1347     ///
1348     /// let strong = Arc::new("hello".to_owned());
1349     /// let weak = Arc::downgrade(&strong);
1350     /// // Both point to the same object
1351     /// assert!(ptr::eq(&*strong, weak.as_raw()));
1352     /// // The strong here keeps it alive, so we can still access the object.
1353     /// assert_eq!("hello", unsafe { &*weak.as_raw() });
1354     ///
1355     /// drop(strong);
1356     /// // But not any more. We can do weak.as_raw(), but accessing the pointer would lead to
1357     /// // undefined behaviour.
1358     /// // assert_eq!("hello", unsafe { &*weak.as_raw() });
1359     /// ```
1360     ///
1361     /// [`null`]: ../../std/ptr/fn.null.html
1362     #[unstable(feature = "weak_into_raw", issue = "60728")]
1363     pub fn as_raw(&self) -> *const T {
1364         match self.inner() {
1365             None => ptr::null(),
1366             Some(inner) => {
1367                 let offset = data_offset_sized::<T>();
1368                 let ptr = inner as *const ArcInner<T>;
1369                 // Note: while the pointer we create may already point to dropped value, the
1370                 // allocation still lives (it must hold the weak point as long as we are alive).
1371                 // Therefore, the offset is OK to do, it won't get out of the allocation.
1372                 let ptr = unsafe { (ptr as *const u8).offset(offset) };
1373                 ptr as *const T
1374             }
1375         }
1376     }
1377
1378     /// Consumes the `Weak<T>` and turns it into a raw pointer.
1379     ///
1380     /// This converts the weak pointer into a raw pointer, preserving the original weak count. It
1381     /// can be turned back into the `Weak<T>` with [`from_raw`].
1382     ///
1383     /// The same restrictions of accessing the target of the pointer as with
1384     /// [`as_raw`] apply.
1385     ///
1386     /// # Examples
1387     ///
1388     /// ```
1389     /// #![feature(weak_into_raw)]
1390     ///
1391     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1392     ///
1393     /// let strong = Arc::new("hello".to_owned());
1394     /// let weak = Arc::downgrade(&strong);
1395     /// let raw = weak.into_raw();
1396     ///
1397     /// assert_eq!(1, Arc::weak_count(&strong));
1398     /// assert_eq!("hello", unsafe { &*raw });
1399     ///
1400     /// drop(unsafe { Weak::from_raw(raw) });
1401     /// assert_eq!(0, Arc::weak_count(&strong));
1402     /// ```
1403     ///
1404     /// [`from_raw`]: struct.Weak.html#method.from_raw
1405     /// [`as_raw`]: struct.Weak.html#method.as_raw
1406     #[unstable(feature = "weak_into_raw", issue = "60728")]
1407     pub fn into_raw(self) -> *const T {
1408         let result = self.as_raw();
1409         mem::forget(self);
1410         result
1411     }
1412
1413     /// Converts a raw pointer previously created by [`into_raw`] back into
1414     /// `Weak<T>`.
1415     ///
1416     /// This can be used to safely get a strong reference (by calling [`upgrade`]
1417     /// later) or to deallocate the weak count by dropping the `Weak<T>`.
1418     ///
1419     /// It takes ownership of one weak count (with the exception of pointers created by [`new`],
1420     /// as these don't have any corresponding weak count).
1421     ///
1422     /// # Safety
1423     ///
1424     /// The pointer must have originated from the [`into_raw`] (or [`as_raw'], provided there was
1425     /// a corresponding [`forget`] on the `Weak<T>`) and must still own its potential weak reference
1426     /// count.
1427     ///
1428     /// It is allowed for the strong count to be 0 at the time of calling this, but the weak count
1429     /// must be non-zero or the pointer must have originated from a dangling `Weak<T>` (one created
1430     /// by [`new`]).
1431     ///
1432     /// # Examples
1433     ///
1434     /// ```
1435     /// #![feature(weak_into_raw)]
1436     ///
1437     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1438     ///
1439     /// let strong = Arc::new("hello".to_owned());
1440     ///
1441     /// let raw_1 = Arc::downgrade(&strong).into_raw();
1442     /// let raw_2 = Arc::downgrade(&strong).into_raw();
1443     ///
1444     /// assert_eq!(2, Arc::weak_count(&strong));
1445     ///
1446     /// assert_eq!("hello", &*unsafe { Weak::from_raw(raw_1) }.upgrade().unwrap());
1447     /// assert_eq!(1, Arc::weak_count(&strong));
1448     ///
1449     /// drop(strong);
1450     ///
1451     /// // Decrement the last weak count.
1452     /// assert!(unsafe { Weak::from_raw(raw_2) }.upgrade().is_none());
1453     /// ```
1454     ///
1455     /// [`as_raw`]: struct.Weak.html#method.as_raw
1456     /// [`new`]: struct.Weak.html#method.new
1457     /// [`into_raw`]: struct.Weak.html#method.into_raw
1458     /// [`upgrade`]: struct.Weak.html#method.upgrade
1459     /// [`Weak`]: struct.Weak.html
1460     /// [`Arc`]: struct.Arc.html
1461     /// [`forget`]: ../../std/mem/fn.forget.html
1462     #[unstable(feature = "weak_into_raw", issue = "60728")]
1463     pub unsafe fn from_raw(ptr: *const T) -> Self {
1464         if ptr.is_null() {
1465             Self::new()
1466         } else {
1467             // See Arc::from_raw for details
1468             let offset = data_offset(ptr);
1469             let fake_ptr = ptr as *mut ArcInner<T>;
1470             let ptr = set_data_ptr(fake_ptr, (ptr as *mut u8).offset(-offset));
1471             Weak {
1472                 ptr: NonNull::new(ptr).expect("Invalid pointer passed to from_raw"),
1473             }
1474         }
1475     }
1476 }
1477
1478 impl<T: ?Sized> Weak<T> {
1479     /// Attempts to upgrade the `Weak` pointer to an [`Arc`], delaying
1480     /// dropping of the inner value if successful.
1481     ///
1482     /// Returns [`None`] if the inner value has since been dropped.
1483     ///
1484     /// [`Arc`]: struct.Arc.html
1485     /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
1486     ///
1487     /// # Examples
1488     ///
1489     /// ```
1490     /// use std::sync::Arc;
1491     ///
1492     /// let five = Arc::new(5);
1493     ///
1494     /// let weak_five = Arc::downgrade(&five);
1495     ///
1496     /// let strong_five: Option<Arc<_>> = weak_five.upgrade();
1497     /// assert!(strong_five.is_some());
1498     ///
1499     /// // Destroy all strong pointers.
1500     /// drop(strong_five);
1501     /// drop(five);
1502     ///
1503     /// assert!(weak_five.upgrade().is_none());
1504     /// ```
1505     #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
1506     pub fn upgrade(&self) -> Option<Arc<T>> {
1507         // We use a CAS loop to increment the strong count instead of a
1508         // fetch_add because once the count hits 0 it must never be above 0.
1509         let inner = self.inner()?;
1510
1511         // Relaxed load because any write of 0 that we can observe
1512         // leaves the field in a permanently zero state (so a
1513         // "stale" read of 0 is fine), and any other value is
1514         // confirmed via the CAS below.
1515         let mut n = inner.strong.load(Relaxed);
1516
1517         loop {
1518             if n == 0 {
1519                 return None;
1520             }
1521
1522             // See comments in `Arc::clone` for why we do this (for `mem::forget`).
1523             if n > MAX_REFCOUNT {
1524                 unsafe {
1525                     abort();
1526                 }
1527             }
1528
1529             // Relaxed is valid for the same reason it is on Arc's Clone impl
1530             match inner.strong.compare_exchange_weak(n, n + 1, Relaxed, Relaxed) {
1531                 Ok(_) => return Some(Arc::from_inner(self.ptr)), // null checked above
1532                 Err(old) => n = old,
1533             }
1534         }
1535     }
1536
1537     /// Gets the number of strong (`Arc`) pointers pointing to this allocation.
1538     ///
1539     /// If `self` was created using [`Weak::new`], this will return 0.
1540     ///
1541     /// [`Weak::new`]: #method.new
1542     #[unstable(feature = "weak_counts", issue = "57977")]
1543     pub fn strong_count(&self) -> usize {
1544         if let Some(inner) = self.inner() {
1545             inner.strong.load(SeqCst)
1546         } else {
1547             0
1548         }
1549     }
1550
1551     /// Gets an approximation of the number of `Weak` pointers pointing to this
1552     /// allocation.
1553     ///
1554     /// If `self` was created using [`Weak::new`], this will return 0. If not,
1555     /// the returned value is at least 1, since `self` still points to the
1556     /// allocation.
1557     ///
1558     /// # Accuracy
1559     ///
1560     /// Due to implementation details, the returned value can be off by 1 in
1561     /// either direction when other threads are manipulating any `Arc`s or
1562     /// `Weak`s pointing to the same allocation.
1563     ///
1564     /// [`Weak::new`]: #method.new
1565     #[unstable(feature = "weak_counts", issue = "57977")]
1566     pub fn weak_count(&self) -> Option<usize> {
1567         // Due to the implicit weak pointer added when any strong pointers are
1568         // around, we cannot implement `weak_count` correctly since it
1569         // necessarily requires accessing the strong count and weak count in an
1570         // unsynchronized fashion. So this version is a bit racy.
1571         self.inner().map(|inner| {
1572             let strong = inner.strong.load(SeqCst);
1573             let weak = inner.weak.load(SeqCst);
1574             if strong == 0 {
1575                 // If the last `Arc` has *just* been dropped, it might not yet
1576                 // have removed the implicit weak count, so the value we get
1577                 // here might be 1 too high.
1578                 weak
1579             } else {
1580                 // As long as there's still at least 1 `Arc` around, subtract
1581                 // the implicit weak pointer.
1582                 // Note that the last `Arc` might get dropped between the 2
1583                 // loads we do above, removing the implicit weak pointer. This
1584                 // means that the value might be 1 too low here. In order to not
1585                 // return 0 here (which would happen if we're the only weak
1586                 // pointer), we guard against that specifically.
1587                 cmp::max(1, weak - 1)
1588             }
1589         })
1590     }
1591
1592     /// Returns `None` when the pointer is dangling and there is no allocated `ArcInner`,
1593     /// (i.e., when this `Weak` was created by `Weak::new`).
1594     #[inline]
1595     fn inner(&self) -> Option<&ArcInner<T>> {
1596         if is_dangling(self.ptr) {
1597             None
1598         } else {
1599             Some(unsafe { self.ptr.as_ref() })
1600         }
1601     }
1602
1603     /// Returns `true` if the two `Weak`s point to the same allocation (similar to
1604     /// [`ptr::eq`]), or if both don't point to any allocation
1605     /// (because they were created with `Weak::new()`).
1606     ///
1607     /// # Notes
1608     ///
1609     /// Since this compares pointers it means that `Weak::new()` will equal each
1610     /// other, even though they don't point to any allocation.
1611     ///
1612     /// # Examples
1613     ///
1614     /// ```
1615     /// use std::sync::Arc;
1616     ///
1617     /// let first_rc = Arc::new(5);
1618     /// let first = Arc::downgrade(&first_rc);
1619     /// let second = Arc::downgrade(&first_rc);
1620     ///
1621     /// assert!(first.ptr_eq(&second));
1622     ///
1623     /// let third_rc = Arc::new(5);
1624     /// let third = Arc::downgrade(&third_rc);
1625     ///
1626     /// assert!(!first.ptr_eq(&third));
1627     /// ```
1628     ///
1629     /// Comparing `Weak::new`.
1630     ///
1631     /// ```
1632     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1633     ///
1634     /// let first = Weak::new();
1635     /// let second = Weak::new();
1636     /// assert!(first.ptr_eq(&second));
1637     ///
1638     /// let third_rc = Arc::new(());
1639     /// let third = Arc::downgrade(&third_rc);
1640     /// assert!(!first.ptr_eq(&third));
1641     /// ```
1642     ///
1643     /// [`ptr::eq`]: ../../std/ptr/fn.eq.html
1644     #[inline]
1645     #[stable(feature = "weak_ptr_eq", since = "1.39.0")]
1646     pub fn ptr_eq(&self, other: &Self) -> bool {
1647         self.ptr.as_ptr() == other.ptr.as_ptr()
1648     }
1649 }
1650
1651 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
1652 impl<T: ?Sized> Clone for Weak<T> {
1653     /// Makes a clone of the `Weak` pointer that points to the same allocation.
1654     ///
1655     /// # Examples
1656     ///
1657     /// ```
1658     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1659     ///
1660     /// let weak_five = Arc::downgrade(&Arc::new(5));
1661     ///
1662     /// let _ = Weak::clone(&weak_five);
1663     /// ```
1664     #[inline]
1665     fn clone(&self) -> Weak<T> {
1666         let inner = if let Some(inner) = self.inner() {
1667             inner
1668         } else {
1669             return Weak { ptr: self.ptr };
1670         };
1671         // See comments in Arc::clone() for why this is relaxed.  This can use a
1672         // fetch_add (ignoring the lock) because the weak count is only locked
1673         // where are *no other* weak pointers in existence. (So we can't be
1674         // running this code in that case).
1675         let old_size = inner.weak.fetch_add(1, Relaxed);
1676
1677         // See comments in Arc::clone() for why we do this (for mem::forget).
1678         if old_size > MAX_REFCOUNT {
1679             unsafe {
1680                 abort();
1681             }
1682         }
1683
1684         Weak { ptr: self.ptr }
1685     }
1686 }
1687
1688 #[stable(feature = "downgraded_weak", since = "1.10.0")]
1689 impl<T> Default for Weak<T> {
1690     /// Constructs a new `Weak<T>`, without allocating memory.
1691     /// Calling [`upgrade`] on the return value always
1692     /// gives [`None`].
1693     ///
1694     /// [`None`]: ../../std/option/enum.Option.html#variant.None
1695     /// [`upgrade`]: ../../std/sync/struct.Weak.html#method.upgrade
1696     ///
1697     /// # Examples
1698     ///
1699     /// ```
1700     /// use std::sync::Weak;
1701     ///
1702     /// let empty: Weak<i64> = Default::default();
1703     /// assert!(empty.upgrade().is_none());
1704     /// ```
1705     fn default() -> Weak<T> {
1706         Weak::new()
1707     }
1708 }
1709
1710 #[stable(feature = "arc_weak", since = "1.4.0")]
1711 impl<T: ?Sized> Drop for Weak<T> {
1712     /// Drops the `Weak` pointer.
1713     ///
1714     /// # Examples
1715     ///
1716     /// ```
1717     /// use std::sync::{Arc, Weak};
1718     ///
1719     /// struct Foo;
1720     ///
1721     /// impl Drop for Foo {
1722     ///     fn drop(&mut self) {
1723     ///         println!("dropped!");
1724     ///     }
1725     /// }
1726     ///
1727     /// let foo = Arc::new(Foo);
1728     /// let weak_foo = Arc::downgrade(&foo);
1729     /// let other_weak_foo = Weak::clone(&weak_foo);
1730     ///
1731     /// drop(weak_foo);   // Doesn't print anything
1732     /// drop(foo);        // Prints "dropped!"
1733     ///
1734     /// assert!(other_weak_foo.upgrade().is_none());
1735     /// ```
1736     fn drop(&mut self) {
1737         // If we find out that we were the last weak pointer, then its time to
1738         // deallocate the data entirely. See the discussion in Arc::drop() about
1739         // the memory orderings
1740         //
1741         // It's not necessary to check for the locked state here, because the
1742         // weak count can only be locked if there was precisely one weak ref,
1743         // meaning that drop could only subsequently run ON that remaining weak
1744         // ref, which can only happen after the lock is released.
1745         let inner = if let Some(inner) = self.inner() {
1746             inner
1747         } else {
1748             return
1749         };
1750
1751         if inner.weak.fetch_sub(1, Release) == 1 {
1752             atomic::fence(Acquire);
1753             unsafe {
1754                 Global.dealloc(self.ptr.cast(), Layout::for_value(self.ptr.as_ref()))
1755             }
1756         }
1757     }
1758 }
1759
1760 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1761 trait ArcEqIdent<T: ?Sized + PartialEq> {
1762     fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool;
1763     fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool;
1764 }
1765
1766 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1767 impl<T: ?Sized + PartialEq> ArcEqIdent<T> for Arc<T> {
1768     #[inline]
1769     default fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1770         **self == **other
1771     }
1772     #[inline]
1773     default fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1774         **self != **other
1775     }
1776 }
1777
1778 /// We're doing this specialization here, and not as a more general optimization on `&T`, because it
1779 /// would otherwise add a cost to all equality checks on refs. We assume that `Arc`s are used to
1780 /// store large values, that are slow to clone, but also heavy to check for equality, causing this
1781 /// cost to pay off more easily. It's also more likely to have two `Arc` clones, that point to
1782 /// the same value, than two `&T`s.
1783 ///
1784 /// We can only do this when `T: Eq` as a `PartialEq` might be deliberately irreflexive.
1785 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1786 impl<T: ?Sized + Eq> ArcEqIdent<T> for Arc<T> {
1787     #[inline]
1788     fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1789         Arc::ptr_eq(self, other) || **self == **other
1790     }
1791
1792     #[inline]
1793     fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1794         !Arc::ptr_eq(self, other) && **self != **other
1795     }
1796 }
1797
1798 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1799 impl<T: ?Sized + PartialEq> PartialEq for Arc<T> {
1800     /// Equality for two `Arc`s.
1801     ///
1802     /// Two `Arc`s are equal if their inner values are equal, even if they are
1803     /// stored in different allocation.
1804     ///
1805     /// If `T` also implements `Eq` (implying reflexivity of equality),
1806     /// two `Arc`s that point to the same allocation are always equal.
1807     ///
1808     /// # Examples
1809     ///
1810     /// ```
1811     /// use std::sync::Arc;
1812     ///
1813     /// let five = Arc::new(5);
1814     ///
1815     /// assert!(five == Arc::new(5));
1816     /// ```
1817     #[inline]
1818     fn eq(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1819         ArcEqIdent::eq(self, other)
1820     }
1821
1822     /// Inequality for two `Arc`s.
1823     ///
1824     /// Two `Arc`s are unequal if their inner values are unequal.
1825     ///
1826     /// If `T` also implements `Eq` (implying reflexivity of equality),
1827     /// two `Arc`s that point to the same value are never unequal.
1828     ///
1829     /// # Examples
1830     ///
1831     /// ```
1832     /// use std::sync::Arc;
1833     ///
1834     /// let five = Arc::new(5);
1835     ///
1836     /// assert!(five != Arc::new(6));
1837     /// ```
1838     #[inline]
1839     fn ne(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1840         ArcEqIdent::ne(self, other)
1841     }
1842 }
1843
1844 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1845 impl<T: ?Sized + PartialOrd> PartialOrd for Arc<T> {
1846     /// Partial comparison for two `Arc`s.
1847     ///
1848     /// The two are compared by calling `partial_cmp()` on their inner values.
1849     ///
1850     /// # Examples
1851     ///
1852     /// ```
1853     /// use std::sync::Arc;
1854     /// use std::cmp::Ordering;
1855     ///
1856     /// let five = Arc::new(5);
1857     ///
1858     /// assert_eq!(Some(Ordering::Less), five.partial_cmp(&Arc::new(6)));
1859     /// ```
1860     fn partial_cmp(&self, other: &Arc<T>) -> Option<Ordering> {
1861         (**self).partial_cmp(&**other)
1862     }
1863
1864     /// Less-than comparison for two `Arc`s.
1865     ///
1866     /// The two are compared by calling `<` on their inner values.
1867     ///
1868     /// # Examples
1869     ///
1870     /// ```
1871     /// use std::sync::Arc;
1872     ///
1873     /// let five = Arc::new(5);
1874     ///
1875     /// assert!(five < Arc::new(6));
1876     /// ```
1877     fn lt(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1878         *(*self) < *(*other)
1879     }
1880
1881     /// 'Less than or equal to' comparison for two `Arc`s.
1882     ///
1883     /// The two are compared by calling `<=` on their inner values.
1884     ///
1885     /// # Examples
1886     ///
1887     /// ```
1888     /// use std::sync::Arc;
1889     ///
1890     /// let five = Arc::new(5);
1891     ///
1892     /// assert!(five <= Arc::new(5));
1893     /// ```
1894     fn le(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1895         *(*self) <= *(*other)
1896     }
1897
1898     /// Greater-than comparison for two `Arc`s.
1899     ///
1900     /// The two are compared by calling `>` on their inner values.
1901     ///
1902     /// # Examples
1903     ///
1904     /// ```
1905     /// use std::sync::Arc;
1906     ///
1907     /// let five = Arc::new(5);
1908     ///
1909     /// assert!(five > Arc::new(4));
1910     /// ```
1911     fn gt(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1912         *(*self) > *(*other)
1913     }
1914
1915     /// 'Greater than or equal to' comparison for two `Arc`s.
1916     ///
1917     /// The two are compared by calling `>=` on their inner values.
1918     ///
1919     /// # Examples
1920     ///
1921     /// ```
1922     /// use std::sync::Arc;
1923     ///
1924     /// let five = Arc::new(5);
1925     ///
1926     /// assert!(five >= Arc::new(5));
1927     /// ```
1928     fn ge(&self, other: &Arc<T>) -> bool {
1929         *(*self) >= *(*other)
1930     }
1931 }
1932 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1933 impl<T: ?Sized + Ord> Ord for Arc<T> {
1934     /// Comparison for two `Arc`s.
1935     ///
1936     /// The two are compared by calling `cmp()` on their inner values.
1937     ///
1938     /// # Examples
1939     ///
1940     /// ```
1941     /// use std::sync::Arc;
1942     /// use std::cmp::Ordering;
1943     ///
1944     /// let five = Arc::new(5);
1945     ///
1946     /// assert_eq!(Ordering::Less, five.cmp(&Arc::new(6)));
1947     /// ```
1948     fn cmp(&self, other: &Arc<T>) -> Ordering {
1949         (**self).cmp(&**other)
1950     }
1951 }
1952 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1953 impl<T: ?Sized + Eq> Eq for Arc<T> {}
1954
1955 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1956 impl<T: ?Sized + fmt::Display> fmt::Display for Arc<T> {
1957     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1958         fmt::Display::fmt(&**self, f)
1959     }
1960 }
1961
1962 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1963 impl<T: ?Sized + fmt::Debug> fmt::Debug for Arc<T> {
1964     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1965         fmt::Debug::fmt(&**self, f)
1966     }
1967 }
1968
1969 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1970 impl<T: ?Sized> fmt::Pointer for Arc<T> {
1971     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1972         fmt::Pointer::fmt(&(&**self as *const T), f)
1973     }
1974 }
1975
1976 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1977 impl<T: Default> Default for Arc<T> {
1978     /// Creates a new `Arc<T>`, with the `Default` value for `T`.
1979     ///
1980     /// # Examples
1981     ///
1982     /// ```
1983     /// use std::sync::Arc;
1984     ///
1985     /// let x: Arc<i32> = Default::default();
1986     /// assert_eq!(*x, 0);
1987     /// ```
1988     fn default() -> Arc<T> {
1989         Arc::new(Default::default())
1990     }
1991 }
1992
1993 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1994 impl<T: ?Sized + Hash> Hash for Arc<T> {
1995     fn hash<H: Hasher>(&self, state: &mut H) {
1996         (**self).hash(state)
1997     }
1998 }
1999
2000 #[stable(feature = "from_for_ptrs", since = "1.6.0")]
2001 impl<T> From<T> for Arc<T> {
2002     fn from(t: T) -> Self {
2003         Arc::new(t)
2004     }
2005 }
2006
2007 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2008 impl<T: Clone> From<&[T]> for Arc<[T]> {
2009     #[inline]
2010     fn from(v: &[T]) -> Arc<[T]> {
2011         <Self as ArcFromSlice<T>>::from_slice(v)
2012     }
2013 }
2014
2015 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2016 impl From<&str> for Arc<str> {
2017     #[inline]
2018     fn from(v: &str) -> Arc<str> {
2019         let arc = Arc::<[u8]>::from(v.as_bytes());
2020         unsafe { Arc::from_raw(Arc::into_raw(arc) as *const str) }
2021     }
2022 }
2023
2024 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2025 impl From<String> for Arc<str> {
2026     #[inline]
2027     fn from(v: String) -> Arc<str> {
2028         Arc::from(&v[..])
2029     }
2030 }
2031
2032 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2033 impl<T: ?Sized> From<Box<T>> for Arc<T> {
2034     #[inline]
2035     fn from(v: Box<T>) -> Arc<T> {
2036         Arc::from_box(v)
2037     }
2038 }
2039
2040 #[stable(feature = "shared_from_slice", since = "1.21.0")]
2041 impl<T> From<Vec<T>> for Arc<[T]> {
2042     #[inline]
2043     fn from(mut v: Vec<T>) -> Arc<[T]> {
2044         unsafe {
2045             let arc = Arc::copy_from_slice(&v);
2046
2047             // Allow the Vec to free its memory, but not destroy its contents
2048             v.set_len(0);
2049
2050             arc
2051         }
2052     }
2053 }
2054
2055 #[unstable(feature = "boxed_slice_try_from", issue = "0")]
2056 impl<T, const N: usize> TryFrom<Arc<[T]>> for Arc<[T; N]>
2057 where
2058     [T; N]: LengthAtMost32,
2059 {
2060     type Error = Arc<[T]>;
2061
2062     fn try_from(boxed_slice: Arc<[T]>) -> Result<Self, Self::Error> {
2063         if boxed_slice.len() == N {
2064             Ok(unsafe { Arc::from_raw(Arc::into_raw(boxed_slice) as *mut [T; N]) })
2065         } else {
2066             Err(boxed_slice)
2067         }
2068     }
2069 }
2070
2071 #[stable(feature = "shared_from_iter", since = "1.37.0")]
2072 impl<T> iter::FromIterator<T> for Arc<[T]> {
2073     /// Takes each element in the `Iterator` and collects it into an `Arc<[T]>`.
2074     ///
2075     /// # Performance characteristics
2076     ///
2077     /// ## The general case
2078     ///
2079     /// In the general case, collecting into `Arc<[T]>` is done by first
2080     /// collecting into a `Vec<T>`. That is, when writing the following:
2081     ///
2082     /// ```rust
2083     /// # use std::sync::Arc;
2084     /// let evens: Arc<[u8]> = (0..10).filter(|&x| x % 2 == 0).collect();
2085     /// # assert_eq!(&*evens, &[0, 2, 4, 6, 8]);
2086     /// ```
2087     ///
2088     /// this behaves as if we wrote:
2089     ///
2090     /// ```rust
2091     /// # use std::sync::Arc;
2092     /// let evens: Arc<[u8]> = (0..10).filter(|&x| x % 2 == 0)
2093     ///     .collect::<Vec<_>>() // The first set of allocations happens here.
2094     ///     .into(); // A second allocation for `Arc<[T]>` happens here.
2095     /// # assert_eq!(&*evens, &[0, 2, 4, 6, 8]);
2096     /// ```
2097     ///
2098     /// This will allocate as many times as needed for constructing the `Vec<T>`
2099     /// and then it will allocate once for turning the `Vec<T>` into the `Arc<[T]>`.
2100     ///
2101     /// ## Iterators of known length
2102     ///
2103     /// When your `Iterator` implements `TrustedLen` and is of an exact size,
2104     /// a single allocation will be made for the `Arc<[T]>`. For example:
2105     ///
2106     /// ```rust
2107     /// # use std::sync::Arc;
2108     /// let evens: Arc<[u8]> = (0..10).collect(); // Just a single allocation happens here.
2109     /// # assert_eq!(&*evens, &*(0..10).collect::<Vec<_>>());
2110     /// ```
2111     fn from_iter<I: iter::IntoIterator<Item = T>>(iter: I) -> Self {
2112         ArcFromIter::from_iter(iter.into_iter())
2113     }
2114 }
2115
2116 /// Specialization trait used for collecting into `Arc<[T]>`.
2117 trait ArcFromIter<T, I> {
2118     fn from_iter(iter: I) -> Self;
2119 }
2120
2121 impl<T, I: Iterator<Item = T>> ArcFromIter<T, I> for Arc<[T]> {
2122     default fn from_iter(iter: I) -> Self {
2123         iter.collect::<Vec<T>>().into()
2124     }
2125 }
2126
2127 impl<T, I: iter::TrustedLen<Item = T>> ArcFromIter<T, I> for Arc<[T]> {
2128     default fn from_iter(iter: I) -> Self {
2129         // This is the case for a `TrustedLen` iterator.
2130         let (low, high) = iter.size_hint();
2131         if let Some(high) = high {
2132             debug_assert_eq!(
2133                 low, high,
2134                 "TrustedLen iterator's size hint is not exact: {:?}",
2135                 (low, high)
2136             );
2137
2138             unsafe {
2139                 // SAFETY: We need to ensure that the iterator has an exact length and we have.
2140                 Arc::from_iter_exact(iter, low)
2141             }
2142         } else {
2143             // Fall back to normal implementation.
2144             iter.collect::<Vec<T>>().into()
2145         }
2146     }
2147 }
2148
2149 impl<'a, T: 'a + Clone> ArcFromIter<&'a T, slice::Iter<'a, T>> for Arc<[T]> {
2150     fn from_iter(iter: slice::Iter<'a, T>) -> Self {
2151         // Delegate to `impl<T: Clone> From<&[T]> for Arc<[T]>`.
2152         //
2153         // In the case that `T: Copy`, we get to use `ptr::copy_nonoverlapping`
2154         // which is even more performant.
2155         //
2156         // In the fall-back case we have `T: Clone`. This is still better
2157         // than the `TrustedLen` implementation as slices have a known length
2158         // and so we get to avoid calling `size_hint` and avoid the branching.
2159         iter.as_slice().into()
2160     }
2161 }
2162
2163 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
2164 impl<T: ?Sized> borrow::Borrow<T> for Arc<T> {
2165     fn borrow(&self) -> &T {
2166         &**self
2167     }
2168 }
2169
2170 #[stable(since = "1.5.0", feature = "smart_ptr_as_ref")]
2171 impl<T: ?Sized> AsRef<T> for Arc<T> {
2172     fn as_ref(&self) -> &T {
2173         &**self
2174     }
2175 }
2176
2177 #[stable(feature = "pin", since = "1.33.0")]
2178 impl<T: ?Sized> Unpin for Arc<T> { }
2179
2180 /// Computes the offset of the data field within `ArcInner`.
2181 unsafe fn data_offset<T: ?Sized>(ptr: *const T) -> isize {
2182     // Align the unsized value to the end of the `ArcInner`.
2183     // Because it is `?Sized`, it will always be the last field in memory.
2184     data_offset_align(align_of_val(&*ptr))
2185 }
2186
2187 /// Computes the offset of the data field within `ArcInner`.
2188 ///
2189 /// Unlike [`data_offset`], this doesn't need the pointer, but it works only on `T: Sized`.
2190 fn data_offset_sized<T>() -> isize {
2191     data_offset_align(align_of::<T>())
2192 }
2193
2194 #[inline]
2195 fn data_offset_align(align: usize) -> isize {
2196     let layout = Layout::new::<ArcInner<()>>();
2197     (layout.size() + layout.padding_needed_for(align)) as isize
2198 }