src/libcore/alloc.rs

   1 //! Memory allocation APIs
   2
   3 // ignore-tidy-undocumented-unsafe
   4
   5 #![stable(feature = "alloc_module", since = "1.28.0")]
   6
   7 use crate::cmp;
   8 use crate::fmt;
   9 use crate::mem;
  10 use crate::num::NonZeroUsize;
  11 use crate::ptr::{self, NonNull};
  12 use crate::usize;
  13
  14 /// Represents the combination of a starting address and
  15 /// a total capacity of the returned block.
  16 #[unstable(feature = "allocator_api", issue = "32838")]
  17 #[derive(Debug)]
  18 pub struct Excess(pub NonNull<u8>, pub usize);
  19
  20 const fn size_align<T>() -> (usize, usize) {
  21     (mem::size_of::<T>(), mem::align_of::<T>())
  22 }
  23
  24 /// Layout of a block of memory.
  25 ///
  26 /// An instance of `Layout` describes a particular layout of memory.
  27 /// You build a `Layout` up as an input to give to an allocator.
  28 ///
  29 /// All layouts have an associated non-negative size and a
  30 /// power-of-two alignment.
  31 ///
  32 /// (Note however that layouts are *not* required to have positive
  33 /// size, even though many allocators require that all memory
  34 /// requests have positive size. A caller to the `AllocRef::alloc`
  35 /// method must either ensure that conditions like this are met, or
  36 /// use specific allocators with looser requirements.)
  37 #[stable(feature = "alloc_layout", since = "1.28.0")]
  38 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq)]
  39 #[lang = "alloc_layout"]
  40 pub struct Layout {
  41     // size of the requested block of memory, measured in bytes.
  42     size_: usize,
  43
  44     // alignment of the requested block of memory, measured in bytes.
  45     // we ensure that this is always a power-of-two, because API's
  46     // like `posix_memalign` require it and it is a reasonable
  47     // constraint to impose on Layout constructors.
  48     //
  49     // (However, we do not analogously require `align >= sizeof(void*)`,
  50     //  even though that is *also* a requirement of `posix_memalign`.)
  51     align_: NonZeroUsize,
  52 }
  53
  54 impl Layout {
  55     /// Constructs a `Layout` from a given `size` and `align`,
  56     /// or returns `LayoutErr` if any of the following conditions
  57     /// are not met:
  58     ///
  59     /// * `align` must not be zero,
  60     ///
  61     /// * `align` must be a power of two,
  62     ///
  63     /// * `size`, when rounded up to the nearest multiple of `align`,
  64     ///    must not overflow (i.e., the rounded value must be less than
  65     ///    `usize::MAX`).
  66     #[stable(feature = "alloc_layout", since = "1.28.0")]
  67     #[rustc_const_unstable(feature = "const_alloc_layout", issue = "67521")]
  68     #[inline]
  69     pub const fn from_size_align(size: usize, align: usize) -> Result<Self, LayoutErr> {
  70         if !align.is_power_of_two() {
  71             return Err(LayoutErr { private: () });
  72         }
  73
  74         // (power-of-two implies align != 0.)
  75
  76         // Rounded up size is:
  77         //   size_rounded_up = (size + align - 1) & !(align - 1);
  78         //
  79         // We know from above that align != 0. If adding (align - 1)
  80         // does not overflow, then rounding up will be fine.
  81         //
  82         // Conversely, &-masking with !(align - 1) will subtract off
  83         // only low-order-bits. Thus if overflow occurs with the sum,
  84         // the &-mask cannot subtract enough to undo that overflow.
  85         //
  86         // Above implies that checking for summation overflow is both
  87         // necessary and sufficient.
  88         if size > usize::MAX - (align - 1) {
  89             return Err(LayoutErr { private: () });
  90         }
  91
  92         unsafe { Ok(Layout::from_size_align_unchecked(size, align)) }
  93     }
  94
  95     /// Creates a layout, bypassing all checks.
  96     ///
  97     /// # Safety
  98     ///
  99     /// This function is unsafe as it does not verify the preconditions from
 100     /// [`Layout::from_size_align`](#method.from_size_align).
 101     #[stable(feature = "alloc_layout", since = "1.28.0")]
 102     #[rustc_const_stable(feature = "alloc_layout", since = "1.28.0")]
 103     #[inline]
 104     pub const unsafe fn from_size_align_unchecked(size: usize, align: usize) -> Self {
 105         Layout { size_: size, align_: NonZeroUsize::new_unchecked(align) }
 106     }
 107
 108     /// The minimum size in bytes for a memory block of this layout.
 109     #[stable(feature = "alloc_layout", since = "1.28.0")]
 110     #[rustc_const_unstable(feature = "const_alloc_layout", issue = "67521")]
 111     #[inline]
 112     pub const fn size(&self) -> usize {
 113         self.size_
 114     }
 115
 116     /// The minimum byte alignment for a memory block of this layout.
 117     #[stable(feature = "alloc_layout", since = "1.28.0")]
 118     #[rustc_const_unstable(feature = "const_alloc_layout", issue = "67521")]
 119     #[inline]
 120     pub const fn align(&self) -> usize {
 121         self.align_.get()
 122     }
 123
 124     /// Constructs a `Layout` suitable for holding a value of type `T`.
 125     #[stable(feature = "alloc_layout", since = "1.28.0")]
 126     #[rustc_const_stable(feature = "alloc_layout_const_new", since = "1.42.0")]
 127     #[inline]
 128     pub const fn new<T>() -> Self {
 129         let (size, align) = size_align::<T>();
 130         // Note that the align is guaranteed by rustc to be a power of two and
 131         // the size+align combo is guaranteed to fit in our address space. As a
 132         // result use the unchecked constructor here to avoid inserting code
 133         // that panics if it isn't optimized well enough.
 134         unsafe { Layout::from_size_align_unchecked(size, align) }
 135     }
 136
 137     /// Produces layout describing a record that could be used to
 138     /// allocate backing structure for `T` (which could be a trait
 139     /// or other unsized type like a slice).
 140     #[stable(feature = "alloc_layout", since = "1.28.0")]
 141     #[inline]
 142     pub fn for_value<T: ?Sized>(t: &T) -> Self {
 143         let (size, align) = (mem::size_of_val(t), mem::align_of_val(t));
 144         // See rationale in `new` for why this is using an unsafe variant below
 145         debug_assert!(Layout::from_size_align(size, align).is_ok());
 146         unsafe { Layout::from_size_align_unchecked(size, align) }
 147     }
 148
 149     /// Creates a layout describing the record that can hold a value
 150     /// of the same layout as `self`, but that also is aligned to
 151     /// alignment `align` (measured in bytes).
 152     ///
 153     /// If `self` already meets the prescribed alignment, then returns
 154     /// `self`.
 155     ///
 156     /// Note that this method does not add any padding to the overall
 157     /// size, regardless of whether the returned layout has a different
 158     /// alignment. In other words, if `K` has size 16, `K.align_to(32)`
 159     /// will *still* have size 16.
 160     ///
 161     /// Returns an error if the combination of `self.size()` and the given
 162     /// `align` violates the conditions listed in
 163     /// [`Layout::from_size_align`](#method.from_size_align).
 164     #[unstable(feature = "alloc_layout_extra", issue = "55724")]
 165     #[inline]
 166     pub fn align_to(&self, align: usize) -> Result<Self, LayoutErr> {
 167         Layout::from_size_align(self.size(), cmp::max(self.align(), align))
 168     }
 169
 170     /// Returns the amount of padding we must insert after `self`
 171     /// to ensure that the following address will satisfy `align`
 172     /// (measured in bytes).
 173     ///
 174     /// e.g., if `self.size()` is 9, then `self.padding_needed_for(4)`
 175     /// returns 3, because that is the minimum number of bytes of
 176     /// padding required to get a 4-aligned address (assuming that the
 177     /// corresponding memory block starts at a 4-aligned address).
 178     ///
 179     /// The return value of this function has no meaning if `align` is
 180     /// not a power-of-two.
 181     ///
 182     /// Note that the utility of the returned value requires `align`
 183     /// to be less than or equal to the alignment of the starting
 184     /// address for the whole allocated block of memory. One way to
 185     /// satisfy this constraint is to ensure `align <= self.align()`.
 186     #[unstable(feature = "alloc_layout_extra", issue = "55724")]
 187     #[rustc_const_unstable(feature = "const_alloc_layout", issue = "67521")]
 188     #[inline]
 189     pub const fn padding_needed_for(&self, align: usize) -> usize {
 190         let len = self.size();
 191
 192         // Rounded up value is:
 193         //   len_rounded_up = (len + align - 1) & !(align - 1);
 194         // and then we return the padding difference: `len_rounded_up - len`.
 195         //
 196         // We use modular arithmetic throughout:
 197         //
 198         // 1. align is guaranteed to be > 0, so align - 1 is always
 199         //    valid.
 200         //
 201         // 2. `len + align - 1` can overflow by at most `align - 1`,
 202         //    so the &-mask with `!(align - 1)` will ensure that in the
 203         //    case of overflow, `len_rounded_up` will itself be 0.
 204         //    Thus the returned padding, when added to `len`, yields 0,
 205         //    which trivially satisfies the alignment `align`.
 206         //
 207         // (Of course, attempts to allocate blocks of memory whose
 208         // size and padding overflow in the above manner should cause
 209         // the allocator to yield an error anyway.)
 210
 211         let len_rounded_up = len.wrapping_add(align).wrapping_sub(1) & !align.wrapping_sub(1);
 212         len_rounded_up.wrapping_sub(len)
 213     }
 214
 215     /// Creates a layout by rounding the size of this layout up to a multiple
 216     /// of the layout's alignment.
 217     ///
 218     /// This is equivalent to adding the result of `padding_needed_for`
 219     /// to the layout's current size.
 220     #[unstable(feature = "alloc_layout_extra", issue = "55724")]
 221     #[inline]
 222     pub fn pad_to_align(&self) -> Layout {
 223         let pad = self.padding_needed_for(self.align());
 224         // This cannot overflow. Quoting from the invariant of Layout:
 225         // > `size`, when rounded up to the nearest multiple of `align`,
 226         // > must not overflow (i.e., the rounded value must be less than
 227         // > `usize::MAX`)
 228         let new_size = self.size() + pad;
 229
 230         Layout::from_size_align(new_size, self.align()).unwrap()
 231     }
 232
 233     /// Creates a layout describing the record for `n` instances of
 234     /// `self`, with a suitable amount of padding between each to
 235     /// ensure that each instance is given its requested size and
 236     /// alignment. On success, returns `(k, offs)` where `k` is the
 237     /// layout of the array and `offs` is the distance between the start
 238     /// of each element in the array.
 239     ///
 240     /// On arithmetic overflow, returns `LayoutErr`.
 241     #[unstable(feature = "alloc_layout_extra", issue = "55724")]
 242     #[inline]
 243     pub fn repeat(&self, n: usize) -> Result<(Self, usize), LayoutErr> {
 244         // This cannot overflow. Quoting from the invariant of Layout:
 245         // > `size`, when rounded up to the nearest multiple of `align`,
 246         // > must not overflow (i.e., the rounded value must be less than
 247         // > `usize::MAX`)
 248         let padded_size = self.size() + self.padding_needed_for(self.align());
 249         let alloc_size = padded_size.checked_mul(n).ok_or(LayoutErr { private: () })?;
 250
 251         unsafe {
 252             // self.align is already known to be valid and alloc_size has been
 253             // padded already.
 254             Ok((Layout::from_size_align_unchecked(alloc_size, self.align()), padded_size))
 255         }
 256     }
 257
 258     /// Creates a layout describing the record for `self` followed by
 259     /// `next`, including any necessary padding to ensure that `next`
 260     /// will be properly aligned. Note that the resulting layout will
 261     /// satisfy the alignment properties of both `self` and `next`.
 262     ///
 263     /// The resulting layout will be the same as that of a C struct containing
 264     /// two fields with the layouts of `self` and `next`, in that order.
 265     ///
 266     /// Returns `Some((k, offset))`, where `k` is layout of the concatenated
 267     /// record and `offset` is the relative location, in bytes, of the
 268     /// start of the `next` embedded within the concatenated record
 269     /// (assuming that the record itself starts at offset 0).
 270     ///
 271     /// On arithmetic overflow, returns `LayoutErr`.
 272     #[unstable(feature = "alloc_layout_extra", issue = "55724")]
 273     #[inline]
 274     pub fn extend(&self, next: Self) -> Result<(Self, usize), LayoutErr> {
 275         let new_align = cmp::max(self.align(), next.align());
 276         let pad = self.padding_needed_for(next.align());
 277
 278         let offset = self.size().checked_add(pad).ok_or(LayoutErr { private: () })?;
 279         let new_size = offset.checked_add(next.size()).ok_or(LayoutErr { private: () })?;
 280
 281         let layout = Layout::from_size_align(new_size, new_align)?;
 282         Ok((layout, offset))
 283     }
 284
 285     /// Creates a layout describing the record for `n` instances of
 286     /// `self`, with no padding between each instance.
 287     ///
 288     /// Note that, unlike `repeat`, `repeat_packed` does not guarantee
 289     /// that the repeated instances of `self` will be properly
 290     /// aligned, even if a given instance of `self` is properly
 291     /// aligned. In other words, if the layout returned by
 292     /// `repeat_packed` is used to allocate an array, it is not
 293     /// guaranteed that all elements in the array will be properly
 294     /// aligned.
 295     ///
 296     /// On arithmetic overflow, returns `LayoutErr`.
 297     #[unstable(feature = "alloc_layout_extra", issue = "55724")]
 298     #[inline]
 299     pub fn repeat_packed(&self, n: usize) -> Result<Self, LayoutErr> {
 300         let size = self.size().checked_mul(n).ok_or(LayoutErr { private: () })?;
 301         Layout::from_size_align(size, self.align())
 302     }
 303
 304     /// Creates a layout describing the record for `self` followed by
 305     /// `next` with no additional padding between the two. Since no
 306     /// padding is inserted, the alignment of `next` is irrelevant,
 307     /// and is not incorporated *at all* into the resulting layout.
 308     ///
 309     /// On arithmetic overflow, returns `LayoutErr`.
 310     #[unstable(feature = "alloc_layout_extra", issue = "55724")]
 311     #[inline]
 312     pub fn extend_packed(&self, next: Self) -> Result<Self, LayoutErr> {
 313         let new_size = self.size().checked_add(next.size()).ok_or(LayoutErr { private: () })?;
 314         Layout::from_size_align(new_size, self.align())
 315     }
 316
 317     /// Creates a layout describing the record for a `[T; n]`.
 318     ///
 319     /// On arithmetic overflow, returns `LayoutErr`.
 320     #[unstable(feature = "alloc_layout_extra", issue = "55724")]
 321     #[inline]
 322     pub fn array<T>(n: usize) -> Result<Self, LayoutErr> {
 323         Layout::new::<T>().repeat(n).map(|(k, offs)| {
 324             debug_assert!(offs == mem::size_of::<T>());
 325             k
 326         })
 327     }
 328 }
 329
 330 /// The parameters given to `Layout::from_size_align`
 331 /// or some other `Layout` constructor
 332 /// do not satisfy its documented constraints.
 333 #[stable(feature = "alloc_layout", since = "1.28.0")]
 334 #[derive(Clone, PartialEq, Eq, Debug)]
 335 pub struct LayoutErr {
 336     private: (),
 337 }
 338
 339 // (we need this for downstream impl of trait Error)
 340 #[stable(feature = "alloc_layout", since = "1.28.0")]
 341 impl fmt::Display for LayoutErr {
 342     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
 343         f.write_str("invalid parameters to Layout::from_size_align")
 344     }
 345 }
 346
 347 /// The `AllocErr` error indicates an allocation failure
 348 /// that may be due to resource exhaustion or to
 349 /// something wrong when combining the given input arguments with this
 350 /// allocator.
 351 #[unstable(feature = "allocator_api", issue = "32838")]
 352 #[derive(Clone, PartialEq, Eq, Debug)]
 353 pub struct AllocErr;
 354
 355 // (we need this for downstream impl of trait Error)
 356 #[unstable(feature = "allocator_api", issue = "32838")]
 357 impl fmt::Display for AllocErr {
 358     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
 359         f.write_str("memory allocation failed")
 360     }
 361 }
 362
 363 /// The `CannotReallocInPlace` error is used when [`grow_in_place`] or
 364 /// [`shrink_in_place`] were unable to reuse the given memory block for
 365 /// a requested layout.
 366 ///
 367 /// [`grow_in_place`]: ./trait.AllocRef.html#method.grow_in_place
 368 /// [`shrink_in_place`]: ./trait.AllocRef.html#method.shrink_in_place
 369 #[unstable(feature = "allocator_api", issue = "32838")]
 370 #[derive(Clone, PartialEq, Eq, Debug)]
 371 pub struct CannotReallocInPlace;
 372
 373 #[unstable(feature = "allocator_api", issue = "32838")]
 374 impl CannotReallocInPlace {
 375     pub fn description(&self) -> &str {
 376         "cannot reallocate allocator's memory in place"
 377     }
 378 }
 379
 380 // (we need this for downstream impl of trait Error)
 381 #[unstable(feature = "allocator_api", issue = "32838")]
 382 impl fmt::Display for CannotReallocInPlace {
 383     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
 384         write!(f, "{}", self.description())
 385     }
 386 }
 387
 388 /// A memory allocator that can be registered as the standard library’s default
 389 /// through the `#[global_allocator]` attribute.
 390 ///
 391 /// Some of the methods require that a memory block be *currently
 392 /// allocated* via an allocator. This means that:
 393 ///
 394 /// * the starting address for that memory block was previously
 395 ///   returned by a previous call to an allocation method
 396 ///   such as `alloc`, and
 397 ///
 398 /// * the memory block has not been subsequently deallocated, where
 399 ///   blocks are deallocated either by being passed to a deallocation
 400 ///   method such as `dealloc` or by being
 401 ///   passed to a reallocation method that returns a non-null pointer.
 402 ///
 403 ///
 404 /// # Example
 405 ///
 406 /// ```no_run
 407 /// use std::alloc::{GlobalAlloc, Layout, alloc};
 408 /// use std::ptr::null_mut;
 409 ///
 410 /// struct MyAllocator;
 411 ///
 412 /// unsafe impl GlobalAlloc for MyAllocator {
 413 ///     unsafe fn alloc(&self, _layout: Layout) -> *mut u8 { null_mut() }
 414 ///     unsafe fn dealloc(&self, _ptr: *mut u8, _layout: Layout) {}
 415 /// }
 416 ///
 417 /// #[global_allocator]
 418 /// static A: MyAllocator = MyAllocator;
 419 ///
 420 /// fn main() {
 421 ///     unsafe {
 422 ///         assert!(alloc(Layout::new::<u32>()).is_null())
 423 ///     }
 424 /// }
 425 /// ```
 426 ///
 427 /// # Safety
 428 ///
 429 /// The `GlobalAlloc` trait is an `unsafe` trait for a number of reasons, and
 430 /// implementors must ensure that they adhere to these contracts:
 431 ///
 432 /// * It's undefined behavior if global allocators unwind. This restriction may
 433 ///   be lifted in the future, but currently a panic from any of these
 434 ///   functions may lead to memory unsafety.
 435 ///
 436 /// * `Layout` queries and calculations in general must be correct. Callers of
 437 ///   this trait are allowed to rely on the contracts defined on each method,
 438 ///   and implementors must ensure such contracts remain true.
 439 #[stable(feature = "global_alloc", since = "1.28.0")]
 440 pub unsafe trait GlobalAlloc {
 441     /// Allocate memory as described by the given `layout`.
 442     ///
 443     /// Returns a pointer to newly-allocated memory,
 444     /// or null to indicate allocation failure.
 445     ///
 446     /// # Safety
 447     ///
 448     /// This function is unsafe because undefined behavior can result
 449     /// if the caller does not ensure that `layout` has non-zero size.
 450     ///
 451     /// (Extension subtraits might provide more specific bounds on
 452     /// behavior, e.g., guarantee a sentinel address or a null pointer
 453     /// in response to a zero-size allocation request.)
 454     ///
 455     /// The allocated block of memory may or may not be initialized.
 456     ///
 457     /// # Errors
 458     ///
 459     /// Returning a null pointer indicates that either memory is exhausted
 460     /// or `layout` does not meet this allocator's size or alignment constraints.
 461     ///
 462     /// Implementations are encouraged to return null on memory
 463     /// exhaustion rather than aborting, but this is not
 464     /// a strict requirement. (Specifically: it is *legal* to
 465     /// implement this trait atop an underlying native allocation
 466     /// library that aborts on memory exhaustion.)
 467     ///
 468     /// Clients wishing to abort computation in response to an
 469     /// allocation error are encouraged to call the [`handle_alloc_error`] function,
 470     /// rather than directly invoking `panic!` or similar.
 471     ///
 472     /// [`handle_alloc_error`]: ../../alloc/alloc/fn.handle_alloc_error.html
 473     #[stable(feature = "global_alloc", since = "1.28.0")]
 474     unsafe fn alloc(&self, layout: Layout) -> *mut u8;
 475
 476     /// Deallocate the block of memory at the given `ptr` pointer with the given `layout`.
 477     ///
 478     /// # Safety
 479     ///
 480     /// This function is unsafe because undefined behavior can result
 481     /// if the caller does not ensure all of the following:
 482     ///
 483     /// * `ptr` must denote a block of memory currently allocated via
 484     ///   this allocator,
 485     ///
 486     /// * `layout` must be the same layout that was used
 487     ///   to allocate that block of memory,
 488     #[stable(feature = "global_alloc", since = "1.28.0")]
 489     unsafe fn dealloc(&self, ptr: *mut u8, layout: Layout);
 490
 491     /// Behaves like `alloc`, but also ensures that the contents
 492     /// are set to zero before being returned.
 493     ///
 494     /// # Safety
 495     ///
 496     /// This function is unsafe for the same reasons that `alloc` is.
 497     /// However the allocated block of memory is guaranteed to be initialized.
 498     ///
 499     /// # Errors
 500     ///
 501     /// Returning a null pointer indicates that either memory is exhausted
 502     /// or `layout` does not meet allocator's size or alignment constraints,
 503     /// just as in `alloc`.
 504     ///
 505     /// Clients wishing to abort computation in response to an
 506     /// allocation error are encouraged to call the [`handle_alloc_error`] function,
 507     /// rather than directly invoking `panic!` or similar.
 508     ///
 509     /// [`handle_alloc_error`]: ../../alloc/alloc/fn.handle_alloc_error.html
 510     #[stable(feature = "global_alloc", since = "1.28.0")]
 511     unsafe fn alloc_zeroed(&self, layout: Layout) -> *mut u8 {
 512         let size = layout.size();
 513         let ptr = self.alloc(layout);
 514         if !ptr.is_null() {
 515             ptr::write_bytes(ptr, 0, size);
 516         }
 517         ptr
 518     }
 519
 520     /// Shrink or grow a block of memory to the given `new_size`.
 521     /// The block is described by the given `ptr` pointer and `layout`.
 522     ///
 523     /// If this returns a non-null pointer, then ownership of the memory block
 524     /// referenced by `ptr` has been transferred to this allocator.
 525     /// The memory may or may not have been deallocated,
 526     /// and should be considered unusable (unless of course it was
 527     /// transferred back to the caller again via the return value of
 528     /// this method). The new memory block is allocated with `layout`, but
 529     /// with the `size` updated to `new_size`.
 530     ///
 531     /// If this method returns null, then ownership of the memory
 532     /// block has not been transferred to this allocator, and the
 533     /// contents of the memory block are unaltered.
 534     ///
 535     /// # Safety
 536     ///
 537     /// This function is unsafe because undefined behavior can result
 538     /// if the caller does not ensure all of the following:
 539     ///
 540     /// * `ptr` must be currently allocated via this allocator,
 541     ///
 542     /// * `layout` must be the same layout that was used
 543     ///   to allocate that block of memory,
 544     ///
 545     /// * `new_size` must be greater than zero.
 546     ///
 547     /// * `new_size`, when rounded up to the nearest multiple of `layout.align()`,
 548     ///   must not overflow (i.e., the rounded value must be less than `usize::MAX`).
 549     ///
 550     /// (Extension subtraits might provide more specific bounds on
 551     /// behavior, e.g., guarantee a sentinel address or a null pointer
 552     /// in response to a zero-size allocation request.)
 553     ///
 554     /// # Errors
 555     ///
 556     /// Returns null if the new layout does not meet the size
 557     /// and alignment constraints of the allocator, or if reallocation
 558     /// otherwise fails.
 559     ///
 560     /// Implementations are encouraged to return null on memory
 561     /// exhaustion rather than panicking or aborting, but this is not
 562     /// a strict requirement. (Specifically: it is *legal* to
 563     /// implement this trait atop an underlying native allocation
 564     /// library that aborts on memory exhaustion.)
 565     ///
 566     /// Clients wishing to abort computation in response to a
 567     /// reallocation error are encouraged to call the [`handle_alloc_error`] function,
 568     /// rather than directly invoking `panic!` or similar.
 569     ///
 570     /// [`handle_alloc_error`]: ../../alloc/alloc/fn.handle_alloc_error.html
 571     #[stable(feature = "global_alloc", since = "1.28.0")]
 572     unsafe fn realloc(&self, ptr: *mut u8, layout: Layout, new_size: usize) -> *mut u8 {
 573         let new_layout = Layout::from_size_align_unchecked(new_size, layout.align());
 574         let new_ptr = self.alloc(new_layout);
 575         if !new_ptr.is_null() {
 576             ptr::copy_nonoverlapping(ptr, new_ptr, cmp::min(layout.size(), new_size));
 577             self.dealloc(ptr, layout);
 578         }
 579         new_ptr
 580     }
 581 }
 582
 583 /// An implementation of `AllocRef` can allocate, reallocate, and
 584 /// deallocate arbitrary blocks of data described via `Layout`.
 585 ///
 586 /// `AllocRef` is designed to be implemented on ZSTs, references, or
 587 /// smart pointers because having an allocator like `MyAlloc([u8; N])`
 588 /// cannot be moved, without updating the pointers to the allocated
 589 /// memory.
 590 ///
 591 /// Some of the methods require that a memory block be *currently
 592 /// allocated* via an allocator. This means that:
 593 ///
 594 /// * the starting address for that memory block was previously
 595 ///   returned by a previous call to an allocation method (`alloc`,
 596 ///   `alloc_zeroed`, `alloc_excess`, `alloc_one`, `alloc_array`) or
 597 ///   reallocation method (`realloc`, `realloc_excess`, or
 598 ///   `realloc_array`), and
 599 ///
 600 /// * the memory block has not been subsequently deallocated, where
 601 ///   blocks are deallocated either by being passed to a deallocation
 602 ///   method (`dealloc`, `dealloc_one`, `dealloc_array`) or by being
 603 ///   passed to a reallocation method (see above) that returns `Ok`.
 604 ///
 605 /// A note regarding zero-sized types and zero-sized layouts: many
 606 /// methods in the `AllocRef` trait state that allocation requests
 607 /// must be non-zero size, or else undefined behavior can result.
 608 ///
 609 /// * However, some higher-level allocation methods (`alloc_one`,
 610 ///   `alloc_array`) are well-defined on zero-sized types and can
 611 ///   optionally support them: it is left up to the implementor
 612 ///   whether to return `Err`, or to return `Ok` with some pointer.
 613 ///
 614 /// * If an `AllocRef` implementation chooses to return `Ok` in this
 615 ///   case (i.e., the pointer denotes a zero-sized inaccessible block)
 616 ///   then that returned pointer must be considered "currently
 617 ///   allocated". On such an allocator, *all* methods that take
 618 ///   currently-allocated pointers as inputs must accept these
 619 ///   zero-sized pointers, *without* causing undefined behavior.
 620 ///
 621 /// * In other words, if a zero-sized pointer can flow out of an
 622 ///   allocator, then that allocator must likewise accept that pointer
 623 ///   flowing back into its deallocation and reallocation methods.
 624 ///
 625 /// Some of the methods require that a layout *fit* a memory block.
 626 /// What it means for a layout to "fit" a memory block means (or
 627 /// equivalently, for a memory block to "fit" a layout) is that the
 628 /// following two conditions must hold:
 629 ///
 630 /// 1. The block's starting address must be aligned to `layout.align()`.
 631 ///
 632 /// 2. The block's size must fall in the range `[use_min, use_max]`, where:
 633 ///
 634 ///    * `use_min` is `self.usable_size(layout).0`, and
 635 ///
 636 ///    * `use_max` is the capacity that was (or would have been)
 637 ///      returned when (if) the block was allocated via a call to
 638 ///      `alloc_excess` or `realloc_excess`.
 639 ///
 640 /// Note that:
 641 ///
 642 ///  * the size of the layout most recently used to allocate the block
 643 ///    is guaranteed to be in the range `[use_min, use_max]`, and
 644 ///
 645 ///  * a lower-bound on `use_max` can be safely approximated by a call to
 646 ///    `usable_size`.
 647 ///
 648 ///  * if a layout `k` fits a memory block (denoted by `ptr`)
 649 ///    currently allocated via an allocator `a`, then it is legal to
 650 ///    use that layout to deallocate it, i.e., `a.dealloc(ptr, k);`.
 651 ///
 652 /// # Safety
 653 ///
 654 /// The `AllocRef` trait is an `unsafe` trait for a number of reasons, and
 655 /// implementors must ensure that they adhere to these contracts:
 656 ///
 657 /// * Pointers returned from allocation functions must point to valid memory and
 658 ///   retain their validity until at least one instance of `AllocRef` is dropped
 659 ///   itself.
 660 ///
 661 /// * Cloning or moving the allocator must not invalidate pointers returned
 662 ///   from this allocator. Cloning must return a reference to the same allocator.
 663 ///
 664 /// * `Layout` queries and calculations in general must be correct. Callers of
 665 ///   this trait are allowed to rely on the contracts defined on each method,
 666 ///   and implementors must ensure such contracts remain true.
 667 ///
 668 /// Note that this list may get tweaked over time as clarifications are made in
 669 /// the future.
 670 #[unstable(feature = "allocator_api", issue = "32838")]
 671 pub unsafe trait AllocRef {
 672     // (Note: some existing allocators have unspecified but well-defined
 673     // behavior in response to a zero size allocation request ;
 674     // e.g., in C, `malloc` of 0 will either return a null pointer or a
 675     // unique pointer, but will not have arbitrary undefined
 676     // behavior.
 677     // However in jemalloc for example,
 678     // `mallocx(0)` is documented as undefined behavior.)
 679
 680     /// Returns a pointer meeting the size and alignment guarantees of
 681     /// `layout`.
 682     ///
 683     /// If this method returns an `Ok(addr)`, then the `addr` returned
 684     /// will be non-null address pointing to a block of storage
 685     /// suitable for holding an instance of `layout`.
 686     ///
 687     /// The returned block of storage may or may not have its contents
 688     /// initialized. (Extension subtraits might restrict this
 689     /// behavior, e.g., to ensure initialization to particular sets of
 690     /// bit patterns.)
 691     ///
 692     /// # Safety
 693     ///
 694     /// This function is unsafe because undefined behavior can result
 695     /// if the caller does not ensure that `layout` has non-zero size.
 696     ///
 697     /// (Extension subtraits might provide more specific bounds on
 698     /// behavior, e.g., guarantee a sentinel address or a null pointer
 699     /// in response to a zero-size allocation request.)
 700     ///
 701     /// # Errors
 702     ///
 703     /// Returning `Err` indicates that either memory is exhausted or
 704     /// `layout` does not meet allocator's size or alignment
 705     /// constraints.
 706     ///
 707     /// Implementations are encouraged to return `Err` on memory
 708     /// exhaustion rather than panicking or aborting, but this is not
 709     /// a strict requirement. (Specifically: it is *legal* to
 710     /// implement this trait atop an underlying native allocation
 711     /// library that aborts on memory exhaustion.)
 712     ///
 713     /// Clients wishing to abort computation in response to an
 714     /// allocation error are encouraged to call the [`handle_alloc_error`] function,
 715     /// rather than directly invoking `panic!` or similar.
 716     ///
 717     /// [`handle_alloc_error`]: ../../alloc/alloc/fn.handle_alloc_error.html
 718     unsafe fn alloc(&mut self, layout: Layout) -> Result<NonNull<u8>, AllocErr>;
 719
 720     /// Deallocate the memory referenced by `ptr`.
 721     ///
 722     /// # Safety
 723     ///
 724     /// This function is unsafe because undefined behavior can result
 725     /// if the caller does not ensure all of the following:
 726     ///
 727     /// * `ptr` must denote a block of memory currently allocated via
 728     ///   this allocator,
 729     ///
 730     /// * `layout` must *fit* that block of memory,
 731     ///
 732     /// * In addition to fitting the block of memory `layout`, the
 733     ///   alignment of the `layout` must match the alignment used
 734     ///   to allocate that block of memory.
 735     unsafe fn dealloc(&mut self, ptr: NonNull<u8>, layout: Layout);
 736
 737     // == ALLOCATOR-SPECIFIC QUANTITIES AND LIMITS ==
 738     // usable_size
 739
 740     /// Returns bounds on the guaranteed usable size of a successful
 741     /// allocation created with the specified `layout`.
 742     ///
 743     /// In particular, if one has a memory block allocated via a given
 744     /// allocator `a` and layout `k` where `a.usable_size(k)` returns
 745     /// `(l, u)`, then one can pass that block to `a.dealloc()` with a
 746     /// layout in the size range [l, u].
 747     ///
 748     /// (All implementors of `usable_size` must ensure that
 749     /// `l <= k.size() <= u`)
 750     ///
 751     /// Both the lower- and upper-bounds (`l` and `u` respectively)
 752     /// are provided, because an allocator based on size classes could
 753     /// misbehave if one attempts to deallocate a block without
 754     /// providing a correct value for its size (i.e., one within the
 755     /// range `[l, u]`).
 756     ///
 757     /// Clients who wish to make use of excess capacity are encouraged
 758     /// to use the `alloc_excess` and `realloc_excess` instead, as
 759     /// this method is constrained to report conservative values that
 760     /// serve as valid bounds for *all possible* allocation method
 761     /// calls.
 762     ///
 763     /// However, for clients that do not wish to track the capacity
 764     /// returned by `alloc_excess` locally, this method is likely to
 765     /// produce useful results.
 766     #[inline]
 767     fn usable_size(&self, layout: &Layout) -> (usize, usize) {
 768         (layout.size(), layout.size())
 769     }
 770
 771     // == METHODS FOR MEMORY REUSE ==
 772     // realloc. alloc_excess, realloc_excess
 773
 774     /// Returns a pointer suitable for holding data described by
 775     /// a new layout with `layout`’s alignment and a size given
 776     /// by `new_size`. To
 777     /// accomplish this, this may extend or shrink the allocation
 778     /// referenced by `ptr` to fit the new layout.
 779     ///
 780     /// If this returns `Ok`, then ownership of the memory block
 781     /// referenced by `ptr` has been transferred to this
 782     /// allocator. The memory may or may not have been freed, and
 783     /// should be considered unusable (unless of course it was
 784     /// transferred back to the caller again via the return value of
 785     /// this method).
 786     ///
 787     /// If this method returns `Err`, then ownership of the memory
 788     /// block has not been transferred to this allocator, and the
 789     /// contents of the memory block are unaltered.
 790     ///
 791     /// # Safety
 792     ///
 793     /// This function is unsafe because undefined behavior can result
 794     /// if the caller does not ensure all of the following:
 795     ///
 796     /// * `ptr` must be currently allocated via this allocator,
 797     ///
 798     /// * `layout` must *fit* the `ptr` (see above). (The `new_size`
 799     ///   argument need not fit it.)
 800     ///
 801     /// * `new_size` must be greater than zero.
 802     ///
 803     /// * `new_size`, when rounded up to the nearest multiple of `layout.align()`,
 804     ///   must not overflow (i.e., the rounded value must be less than `usize::MAX`).
 805     ///
 806     /// (Extension subtraits might provide more specific bounds on
 807     /// behavior, e.g., guarantee a sentinel address or a null pointer
 808     /// in response to a zero-size allocation request.)
 809     ///
 810     /// # Errors
 811     ///
 812     /// Returns `Err` only if the new layout
 813     /// does not meet the allocator's size
 814     /// and alignment constraints of the allocator, or if reallocation
 815     /// otherwise fails.
 816     ///
 817     /// Implementations are encouraged to return `Err` on memory
 818     /// exhaustion rather than panicking or aborting, but this is not
 819     /// a strict requirement. (Specifically: it is *legal* to
 820     /// implement this trait atop an underlying native allocation
 821     /// library that aborts on memory exhaustion.)
 822     ///
 823     /// Clients wishing to abort computation in response to a
 824     /// reallocation error are encouraged to call the [`handle_alloc_error`] function,
 825     /// rather than directly invoking `panic!` or similar.
 826     ///
 827     /// [`handle_alloc_error`]: ../../alloc/alloc/fn.handle_alloc_error.html
 828     unsafe fn realloc(
 829         &mut self,
 830         ptr: NonNull<u8>,
 831         layout: Layout,
 832         new_size: usize,
 833     ) -> Result<NonNull<u8>, AllocErr> {
 834         let old_size = layout.size();
 835
 836         if new_size >= old_size {
 837             if let Ok(()) = self.grow_in_place(ptr, layout, new_size) {
 838                 return Ok(ptr);
 839             }
 840         } else if new_size < old_size {
 841             if let Ok(()) = self.shrink_in_place(ptr, layout, new_size) {
 842                 return Ok(ptr);
 843             }
 844         }
 845
 846         // otherwise, fall back on alloc + copy + dealloc.
 847         let new_layout = Layout::from_size_align_unchecked(new_size, layout.align());
 848         let result = self.alloc(new_layout);
 849         if let Ok(new_ptr) = result {
 850             ptr::copy_nonoverlapping(ptr.as_ptr(), new_ptr.as_ptr(), cmp::min(old_size, new_size));
 851             self.dealloc(ptr, layout);
 852         }
 853         result
 854     }
 855
 856     /// Behaves like `alloc`, but also ensures that the contents
 857     /// are set to zero before being returned.
 858     ///
 859     /// # Safety
 860     ///
 861     /// This function is unsafe for the same reasons that `alloc` is.
 862     ///
 863     /// # Errors
 864     ///
 865     /// Returning `Err` indicates that either memory is exhausted or
 866     /// `layout` does not meet allocator's size or alignment
 867     /// constraints, just as in `alloc`.
 868     ///
 869     /// Clients wishing to abort computation in response to an
 870     /// allocation error are encouraged to call the [`handle_alloc_error`] function,
 871     /// rather than directly invoking `panic!` or similar.
 872     ///
 873     /// [`handle_alloc_error`]: ../../alloc/alloc/fn.handle_alloc_error.html
 874     unsafe fn alloc_zeroed(&mut self, layout: Layout) -> Result<NonNull<u8>, AllocErr> {
 875         let size = layout.size();
 876         let p = self.alloc(layout);
 877         if let Ok(p) = p {
 878             ptr::write_bytes(p.as_ptr(), 0, size);
 879         }
 880         p
 881     }
 882
 883     /// Behaves like `alloc`, but also returns the whole size of
 884     /// the returned block. For some `layout` inputs, like arrays, this
 885     /// may include extra storage usable for additional data.
 886     ///
 887     /// # Safety
 888     ///
 889     /// This function is unsafe for the same reasons that `alloc` is.
 890     ///
 891     /// # Errors
 892     ///
 893     /// Returning `Err` indicates that either memory is exhausted or
 894     /// `layout` does not meet allocator's size or alignment
 895     /// constraints, just as in `alloc`.
 896     ///
 897     /// Clients wishing to abort computation in response to an
 898     /// allocation error are encouraged to call the [`handle_alloc_error`] function,
 899     /// rather than directly invoking `panic!` or similar.
 900     ///
 901     /// [`handle_alloc_error`]: ../../alloc/alloc/fn.handle_alloc_error.html
 902     unsafe fn alloc_excess(&mut self, layout: Layout) -> Result<Excess, AllocErr> {
 903         let usable_size = self.usable_size(&layout);
 904         self.alloc(layout).map(|p| Excess(p, usable_size.1))
 905     }
 906
 907     /// Behaves like `realloc`, but also returns the whole size of
 908     /// the returned block. For some `layout` inputs, like arrays, this
 909     /// may include extra storage usable for additional data.
 910     ///
 911     /// # Safety
 912     ///
 913     /// This function is unsafe for the same reasons that `realloc` is.
 914     ///
 915     /// # Errors
 916     ///
 917     /// Returning `Err` indicates that either memory is exhausted or
 918     /// `layout` does not meet allocator's size or alignment
 919     /// constraints, just as in `realloc`.
 920     ///
 921     /// Clients wishing to abort computation in response to a
 922     /// reallocation error are encouraged to call the [`handle_alloc_error`] function,
 923     /// rather than directly invoking `panic!` or similar.
 924     ///
 925     /// [`handle_alloc_error`]: ../../alloc/alloc/fn.handle_alloc_error.html
 926     unsafe fn realloc_excess(
 927         &mut self,
 928         ptr: NonNull<u8>,
 929         layout: Layout,
 930         new_size: usize,
 931     ) -> Result<Excess, AllocErr> {
 932         let new_layout = Layout::from_size_align_unchecked(new_size, layout.align());
 933         let usable_size = self.usable_size(&new_layout);
 934         self.realloc(ptr, layout, new_size).map(|p| Excess(p, usable_size.1))
 935     }
 936
 937     /// Attempts to extend the allocation referenced by `ptr` to fit `new_size`.
 938     ///
 939     /// If this returns `Ok`, then the allocator has asserted that the
 940     /// memory block referenced by `ptr` now fits `new_size`, and thus can
 941     /// be used to carry data of a layout of that size and same alignment as
 942     /// `layout`. (The allocator is allowed to
 943     /// expend effort to accomplish this, such as extending the memory block to
 944     /// include successor blocks, or virtual memory tricks.)
 945     ///
 946     /// Regardless of what this method returns, ownership of the
 947     /// memory block referenced by `ptr` has not been transferred, and
 948     /// the contents of the memory block are unaltered.
 949     ///
 950     /// # Safety
 951     ///
 952     /// This function is unsafe because undefined behavior can result
 953     /// if the caller does not ensure all of the following:
 954     ///
 955     /// * `ptr` must be currently allocated via this allocator,
 956     ///
 957     /// * `layout` must *fit* the `ptr` (see above); note the
 958     ///   `new_size` argument need not fit it,
 959     ///
 960     /// * `new_size` must not be less than `layout.size()`,
 961     ///
 962     /// # Errors
 963     ///
 964     /// Returns `Err(CannotReallocInPlace)` when the allocator is
 965     /// unable to assert that the memory block referenced by `ptr`
 966     /// could fit `layout`.
 967     ///
 968     /// Note that one cannot pass `CannotReallocInPlace` to the `handle_alloc_error`
 969     /// function; clients are expected either to be able to recover from
 970     /// `grow_in_place` failures without aborting, or to fall back on
 971     /// another reallocation method before resorting to an abort.
 972     unsafe fn grow_in_place(
 973         &mut self,
 974         ptr: NonNull<u8>,
 975         layout: Layout,
 976         new_size: usize,
 977     ) -> Result<(), CannotReallocInPlace> {
 978         let _ = ptr; // this default implementation doesn't care about the actual address.
 979         debug_assert!(new_size >= layout.size());
 980         let (_l, u) = self.usable_size(&layout);
 981         // _l <= layout.size()                       [guaranteed by usable_size()]
 982         //       layout.size() <= new_layout.size()  [required by this method]
 983         if new_size <= u { Ok(()) } else { Err(CannotReallocInPlace) }
 984     }
 985
 986     /// Attempts to shrink the allocation referenced by `ptr` to fit `new_size`.
 987     ///
 988     /// If this returns `Ok`, then the allocator has asserted that the
 989     /// memory block referenced by `ptr` now fits `new_size`, and
 990     /// thus can only be used to carry data of that smaller
 991     /// layout. (The allocator is allowed to take advantage of this,
 992     /// carving off portions of the block for reuse elsewhere.) The
 993     /// truncated contents of the block within the smaller layout are
 994     /// unaltered, and ownership of block has not been transferred.
 995     ///
 996     /// If this returns `Err`, then the memory block is considered to
 997     /// still represent the original (larger) `layout`. None of the
 998     /// block has been carved off for reuse elsewhere, ownership of
 999     /// the memory block has not been transferred, and the contents of
1000     /// the memory block are unaltered.
1001     ///
1002     /// # Safety
1003     ///
1004     /// This function is unsafe because undefined behavior can result
1005     /// if the caller does not ensure all of the following:
1006     ///
1007     /// * `ptr` must be currently allocated via this allocator,
1008     ///
1009     /// * `layout` must *fit* the `ptr` (see above); note the
1010     ///   `new_size` argument need not fit it,
1011     ///
1012     /// * `new_size` must not be greater than `layout.size()`
1013     ///   (and must be greater than zero),
1014     ///
1015     /// # Errors
1016     ///
1017     /// Returns `Err(CannotReallocInPlace)` when the allocator is
1018     /// unable to assert that the memory block referenced by `ptr`
1019     /// could fit `layout`.
1020     ///
1021     /// Note that one cannot pass `CannotReallocInPlace` to the `handle_alloc_error`
1022     /// function; clients are expected either to be able to recover from
1023     /// `shrink_in_place` failures without aborting, or to fall back
1024     /// on another reallocation method before resorting to an abort.
1025     unsafe fn shrink_in_place(
1026         &mut self,
1027         ptr: NonNull<u8>,
1028         layout: Layout,
1029         new_size: usize,
1030     ) -> Result<(), CannotReallocInPlace> {
1031         let _ = ptr; // this default implementation doesn't care about the actual address.
1032         debug_assert!(new_size <= layout.size());
1033         let (l, _u) = self.usable_size(&layout);
1034         //                      layout.size() <= _u  [guaranteed by usable_size()]
1035         // new_layout.size() <= layout.size()        [required by this method]
1036         if l <= new_size { Ok(()) } else { Err(CannotReallocInPlace) }
1037     }
1038
1039     // == COMMON USAGE PATTERNS ==
1040     // alloc_one, dealloc_one, alloc_array, realloc_array. dealloc_array
1041
1042     /// Allocates a block suitable for holding an instance of `T`.
1043     ///
1044     /// Captures a common usage pattern for allocators.
1045     ///
1046     /// The returned block is suitable for passing to the
1047     /// `realloc`/`dealloc` methods of this allocator.
1048     ///
1049     /// Note to implementors: If this returns `Ok(ptr)`, then `ptr`
1050     /// must be considered "currently allocated" and must be
1051     /// acceptable input to methods such as `realloc` or `dealloc`,
1052     /// *even if* `T` is a zero-sized type. In other words, if your
1053     /// `AllocRef` implementation overrides this method in a manner
1054     /// that can return a zero-sized `ptr`, then all reallocation and
1055     /// deallocation methods need to be similarly overridden to accept
1056     /// such values as input.
1057     ///
1058     /// # Errors
1059     ///
1060     /// Returning `Err` indicates that either memory is exhausted or
1061     /// `T` does not meet allocator's size or alignment constraints.
1062     ///
1063     /// For zero-sized `T`, may return either of `Ok` or `Err`, but
1064     /// will *not* yield undefined behavior.
1065     ///
1066     /// Clients wishing to abort computation in response to an
1067     /// allocation error are encouraged to call the [`handle_alloc_error`] function,
1068     /// rather than directly invoking `panic!` or similar.
1069     ///
1070     /// [`handle_alloc_error`]: ../../alloc/alloc/fn.handle_alloc_error.html
1071     fn alloc_one<T>(&mut self) -> Result<NonNull<T>, AllocErr>
1072     where
1073         Self: Sized,
1074     {
1075         let k = Layout::new::<T>();
1076         if k.size() > 0 { unsafe { self.alloc(k).map(|p| p.cast()) } } else { Err(AllocErr) }
1077     }
1078
1079     /// Deallocates a block suitable for holding an instance of `T`.
1080     ///
1081     /// The given block must have been produced by this allocator,
1082     /// and must be suitable for storing a `T` (in terms of alignment
1083     /// as well as minimum and maximum size); otherwise yields
1084     /// undefined behavior.
1085     ///
1086     /// Captures a common usage pattern for allocators.
1087     ///
1088     /// # Safety
1089     ///
1090     /// This function is unsafe because undefined behavior can result
1091     /// if the caller does not ensure both:
1092     ///
1093     /// * `ptr` must denote a block of memory currently allocated via this allocator
1094     ///
1095     /// * the layout of `T` must *fit* that block of memory.
1096     unsafe fn dealloc_one<T>(&mut self, ptr: NonNull<T>)
1097     where
1098         Self: Sized,
1099     {
1100         let k = Layout::new::<T>();
1101         if k.size() > 0 {
1102             self.dealloc(ptr.cast(), k);
1103         }
1104     }
1105
1106     /// Allocates a block suitable for holding `n` instances of `T`.
1107     ///
1108     /// Captures a common usage pattern for allocators.
1109     ///
1110     /// The returned block is suitable for passing to the
1111     /// `realloc`/`dealloc` methods of this allocator.
1112     ///
1113     /// Note to implementors: If this returns `Ok(ptr)`, then `ptr`
1114     /// must be considered "currently allocated" and must be
1115     /// acceptable input to methods such as `realloc` or `dealloc`,
1116     /// *even if* `T` is a zero-sized type. In other words, if your
1117     /// `AllocRef` implementation overrides this method in a manner
1118     /// that can return a zero-sized `ptr`, then all reallocation and
1119     /// deallocation methods need to be similarly overridden to accept
1120     /// such values as input.
1121     ///
1122     /// # Errors
1123     ///
1124     /// Returning `Err` indicates that either memory is exhausted or
1125     /// `[T; n]` does not meet allocator's size or alignment
1126     /// constraints.
1127     ///
1128     /// For zero-sized `T` or `n == 0`, may return either of `Ok` or
1129     /// `Err`, but will *not* yield undefined behavior.
1130     ///
1131     /// Always returns `Err` on arithmetic overflow.
1132     ///
1133     /// Clients wishing to abort computation in response to an
1134     /// allocation error are encouraged to call the [`handle_alloc_error`] function,
1135     /// rather than directly invoking `panic!` or similar.
1136     ///
1137     /// [`handle_alloc_error`]: ../../alloc/alloc/fn.handle_alloc_error.html
1138     fn alloc_array<T>(&mut self, n: usize) -> Result<NonNull<T>, AllocErr>
1139     where
1140         Self: Sized,
1141     {
1142         match Layout::array::<T>(n) {
1143             Ok(layout) if layout.size() > 0 => unsafe { self.alloc(layout).map(|p| p.cast()) },
1144             _ => Err(AllocErr),
1145         }
1146     }
1147
1148     /// Reallocates a block previously suitable for holding `n_old`
1149     /// instances of `T`, returning a block suitable for holding
1150     /// `n_new` instances of `T`.
1151     ///
1152     /// Captures a common usage pattern for allocators.
1153     ///
1154     /// The returned block is suitable for passing to the
1155     /// `realloc`/`dealloc` methods of this allocator.
1156     ///
1157     /// # Safety
1158     ///
1159     /// This function is unsafe because undefined behavior can result
1160     /// if the caller does not ensure all of the following:
1161     ///
1162     /// * `ptr` must be currently allocated via this allocator,
1163     ///
1164     /// * the layout of `[T; n_old]` must *fit* that block of memory.
1165     ///
1166     /// # Errors
1167     ///
1168     /// Returning `Err` indicates that either memory is exhausted or
1169     /// `[T; n_new]` does not meet allocator's size or alignment
1170     /// constraints.
1171     ///
1172     /// For zero-sized `T` or `n_new == 0`, may return either of `Ok` or
1173     /// `Err`, but will *not* yield undefined behavior.
1174     ///
1175     /// Always returns `Err` on arithmetic overflow.
1176     ///
1177     /// Clients wishing to abort computation in response to a
1178     /// reallocation error are encouraged to call the [`handle_alloc_error`] function,
1179     /// rather than directly invoking `panic!` or similar.
1180     ///
1181     /// [`handle_alloc_error`]: ../../alloc/alloc/fn.handle_alloc_error.html
1182     unsafe fn realloc_array<T>(
1183         &mut self,
1184         ptr: NonNull<T>,
1185         n_old: usize,
1186         n_new: usize,
1187     ) -> Result<NonNull<T>, AllocErr>
1188     where
1189         Self: Sized,
1190     {
1191         match (Layout::array::<T>(n_old), Layout::array::<T>(n_new)) {
1192             (Ok(k_old), Ok(k_new)) if k_old.size() > 0 && k_new.size() > 0 => {
1193                 debug_assert!(k_old.align() == k_new.align());
1194                 self.realloc(ptr.cast(), k_old, k_new.size()).map(NonNull::cast)
1195             }
1196             _ => Err(AllocErr),
1197         }
1198     }
1199
1200     /// Deallocates a block suitable for holding `n` instances of `T`.
1201     ///
1202     /// Captures a common usage pattern for allocators.
1203     ///
1204     /// # Safety
1205     ///
1206     /// This function is unsafe because undefined behavior can result
1207     /// if the caller does not ensure both:
1208     ///
1209     /// * `ptr` must denote a block of memory currently allocated via this allocator
1210     ///
1211     /// * the layout of `[T; n]` must *fit* that block of memory.
1212     ///
1213     /// # Errors
1214     ///
1215     /// Returning `Err` indicates that either `[T; n]` or the given
1216     /// memory block does not meet allocator's size or alignment
1217     /// constraints.
1218     ///
1219     /// Always returns `Err` on arithmetic overflow.
1220     unsafe fn dealloc_array<T>(&mut self, ptr: NonNull<T>, n: usize) -> Result<(), AllocErr>
1221     where
1222         Self: Sized,
1223     {
1224         match Layout::array::<T>(n) {
1225             Ok(k) if k.size() > 0 => Ok(self.dealloc(ptr.cast(), k)),
1226             _ => Err(AllocErr),
1227         }
1228     }
1229 }