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Rollup merge of #69340 - Centril:self-ctor-normalize, r=nikomatsakis
[rust.git] / src / libcore / cell.rs
1 //! Shareable mutable containers.
2 //!
3 //! Rust memory safety is based on this rule: Given an object `T`, it is only possible to
4 //! have one of the following:
5 //!
6 //! - Having several immutable references (`&T`) to the object (also known as **aliasing**).
7 //! - Having one mutable reference (`&mut T`) to the object (also known as **mutability**).
8 //!
9 //! This is enforced by the Rust compiler. However, there are situations where this rule is not
10 //! flexible enough. Sometimes it is required to have multiple references to an object and yet
11 //! mutate it.
12 //!
13 //! Shareable mutable containers exist to permit mutability in a controlled manner, even in the
14 //! presence of aliasing. Both `Cell<T>` and `RefCell<T>` allow doing this in a single-threaded
15 //! way. However, neither `Cell<T>` nor `RefCell<T>` are thread safe (they do not implement
16 //! `Sync`). If you need to do aliasing and mutation between multiple threads it is possible to
17 //! use [`Mutex`](../../std/sync/struct.Mutex.html),
18 //! [`RwLock`](../../std/sync/struct.RwLock.html) or
19 //! [`atomic`](../../core/sync/atomic/index.html) types.
20 //!
21 //! Values of the `Cell<T>` and `RefCell<T>` types may be mutated through shared references (i.e.
22 //! the common `&T` type), whereas most Rust types can only be mutated through unique (`&mut T`)
23 //! references. We say that `Cell<T>` and `RefCell<T>` provide 'interior mutability', in contrast
24 //! with typical Rust types that exhibit 'inherited mutability'.
25 //!
26 //! Cell types come in two flavors: `Cell<T>` and `RefCell<T>`. `Cell<T>` implements interior
27 //! mutability by moving values in and out of the `Cell<T>`. To use references instead of values,
28 //! one must use the `RefCell<T>` type, acquiring a write lock before mutating. `Cell<T>` provides
29 //! methods to retrieve and change the current interior value:
30 //!
31 //!  - For types that implement `Copy`, the `get` method retrieves the current interior value.
32 //!  - For types that implement `Default`, the `take` method replaces the current interior value
33 //!    with `Default::default()` and returns the replaced value.
34 //!  - For all types, the `replace` method replaces the current interior value and returns the
35 //!    replaced value and the `into_inner` method consumes the `Cell<T>` and returns the interior
36 //!    value. Additionally, the `set` method replaces the interior value, dropping the replaced
37 //!    value.
38 //!
39 //! `RefCell<T>` uses Rust's lifetimes to implement 'dynamic borrowing', a process whereby one can
40 //! claim temporary, exclusive, mutable access to the inner value. Borrows for `RefCell<T>`s are
41 //! tracked 'at runtime', unlike Rust's native reference types which are entirely tracked
42 //! statically, at compile time. Because `RefCell<T>` borrows are dynamic it is possible to attempt
43 //! to borrow a value that is already mutably borrowed; when this happens it results in thread
44 //! panic.
45 //!
46 //! # When to choose interior mutability
47 //!
48 //! The more common inherited mutability, where one must have unique access to mutate a value, is
49 //! one of the key language elements that enables Rust to reason strongly about pointer aliasing,
50 //! statically preventing crash bugs. Because of that, inherited mutability is preferred, and
51 //! interior mutability is something of a last resort. Since cell types enable mutation where it
52 //! would otherwise be disallowed though, there are occasions when interior mutability might be
53 //! appropriate, or even *must* be used, e.g.
54 //!
55 //! * Introducing mutability 'inside' of something immutable
56 //! * Implementation details of logically-immutable methods.
57 //! * Mutating implementations of `Clone`.
58 //!
59 //! ## Introducing mutability 'inside' of something immutable
60 //!
61 //! Many shared smart pointer types, including `Rc<T>` and `Arc<T>`, provide containers that can be
62 //! cloned and shared between multiple parties. Because the contained values may be
63 //! multiply-aliased, they can only be borrowed with `&`, not `&mut`. Without cells it would be
64 //! impossible to mutate data inside of these smart pointers at all.
65 //!
66 //! It's very common then to put a `RefCell<T>` inside shared pointer types to reintroduce
67 //! mutability:
68 //!
69 //! ```
70 //! use std::cell::{RefCell, RefMut};
71 //! use std::collections::HashMap;
72 //! use std::rc::Rc;
73 //!
74 //! fn main() {
75 //!     let shared_map: Rc<RefCell<_>> = Rc::new(RefCell::new(HashMap::new()));
76 //!     // Create a new block to limit the scope of the dynamic borrow
77 //!     {
78 //!         let mut map: RefMut<_> = shared_map.borrow_mut();
79 //!         map.insert("africa", 92388);
80 //!         map.insert("kyoto", 11837);
81 //!         map.insert("piccadilly", 11826);
82 //!         map.insert("marbles", 38);
83 //!     }
84 //!
85 //!     // Note that if we had not let the previous borrow of the cache fall out
86 //!     // of scope then the subsequent borrow would cause a dynamic thread panic.
87 //!     // This is the major hazard of using `RefCell`.
88 //!     let total: i32 = shared_map.borrow().values().sum();
89 //!     println!("{}", total);
90 //! }
91 //! ```
92 //!
93 //! Note that this example uses `Rc<T>` and not `Arc<T>`. `RefCell<T>`s are for single-threaded
94 //! scenarios. Consider using `RwLock<T>` or `Mutex<T>` if you need shared mutability in a
95 //! multi-threaded situation.
96 //!
97 //! ## Implementation details of logically-immutable methods
98 //!
99 //! Occasionally it may be desirable not to expose in an API that there is mutation happening
100 //! "under the hood". This may be because logically the operation is immutable, but e.g., caching
101 //! forces the implementation to perform mutation; or because you must employ mutation to implement
102 //! a trait method that was originally defined to take `&self`.
103 //!
104 //! ```
105 //! # #![allow(dead_code)]
106 //! use std::cell::RefCell;
107 //!
108 //! struct Graph {
109 //!     edges: Vec<(i32, i32)>,
110 //!     span_tree_cache: RefCell<Option<Vec<(i32, i32)>>>
111 //! }
112 //!
113 //! impl Graph {
114 //!     fn minimum_spanning_tree(&self) -> Vec<(i32, i32)> {
115 //!         self.span_tree_cache.borrow_mut()
116 //!             .get_or_insert_with(|| self.calc_span_tree())
117 //!             .clone()
118 //!     }
119 //!
120 //!     fn calc_span_tree(&self) -> Vec<(i32, i32)> {
121 //!         // Expensive computation goes here
122 //!         vec![]
123 //!     }
124 //! }
125 //! ```
126 //!
127 //! ## Mutating implementations of `Clone`
128 //!
129 //! This is simply a special - but common - case of the previous: hiding mutability for operations
130 //! that appear to be immutable. The `clone` method is expected to not change the source value, and
131 //! is declared to take `&self`, not `&mut self`. Therefore, any mutation that happens in the
132 //! `clone` method must use cell types. For example, `Rc<T>` maintains its reference counts within a
133 //! `Cell<T>`.
134 //!
135 //! ```
136 //! #![feature(core_intrinsics)]
137 //! use std::cell::Cell;
138 //! use std::ptr::NonNull;
139 //! use std::intrinsics::abort;
140 //! use std::marker::PhantomData;
141 //!
142 //! struct Rc<T: ?Sized> {
143 //!     ptr: NonNull<RcBox<T>>,
144 //!     phantom: PhantomData<RcBox<T>>,
145 //! }
146 //!
147 //! struct RcBox<T: ?Sized> {
148 //!     strong: Cell<usize>,
149 //!     refcount: Cell<usize>,
150 //!     value: T,
151 //! }
152 //!
153 //! impl<T: ?Sized> Clone for Rc<T> {
154 //!     fn clone(&self) -> Rc<T> {
155 //!         self.inc_strong();
156 //!         Rc {
157 //!             ptr: self.ptr,
158 //!             phantom: PhantomData,
159 //!         }
160 //!     }
161 //! }
162 //!
163 //! trait RcBoxPtr<T: ?Sized> {
164 //!
165 //!     fn inner(&self) -> &RcBox<T>;
166 //!
167 //!     fn strong(&self) -> usize {
168 //!         self.inner().strong.get()
169 //!     }
170 //!
171 //!     fn inc_strong(&self) {
172 //!         self.inner()
173 //!             .strong
174 //!             .set(self.strong()
175 //!                      .checked_add(1)
176 //!                      .unwrap_or_else(|| unsafe { abort() }));
177 //!     }
178 //! }
179 //!
180 //! impl<T: ?Sized> RcBoxPtr<T> for Rc<T> {
181 //!    fn inner(&self) -> &RcBox<T> {
182 //!        unsafe {
183 //!            self.ptr.as_ref()
184 //!        }
185 //!    }
186 //! }
187 //! ```
188 //!
189
190 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
191
192 use crate::cmp::Ordering;
193 use crate::fmt::{self, Debug, Display};
194 use crate::marker::Unsize;
195 use crate::mem;
196 use crate::ops::{CoerceUnsized, Deref, DerefMut};
197 use crate::ptr;
198
199 /// A mutable memory location.
200 ///
201 /// # Examples
202 ///
203 /// In this example, you can see that `Cell<T>` enables mutation inside an
204 /// immutable struct. In other words, it enables "interior mutability".
205 ///
206 /// ```
207 /// use std::cell::Cell;
208 ///
209 /// struct SomeStruct {
210 ///     regular_field: u8,
211 ///     special_field: Cell<u8>,
212 /// }
213 ///
214 /// let my_struct = SomeStruct {
215 ///     regular_field: 0,
216 ///     special_field: Cell::new(1),
217 /// };
218 ///
219 /// let new_value = 100;
220 ///
221 /// // ERROR: `my_struct` is immutable
222 /// // my_struct.regular_field = new_value;
223 ///
224 /// // WORKS: although `my_struct` is immutable, `special_field` is a `Cell`,
225 /// // which can always be mutated
226 /// my_struct.special_field.set(new_value);
227 /// assert_eq!(my_struct.special_field.get(), new_value);
228 /// ```
229 ///
230 /// See the [module-level documentation](index.html) for more.
231 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
232 #[repr(transparent)]
233 pub struct Cell<T: ?Sized> {
234     value: UnsafeCell<T>,
235 }
236
237 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
238 unsafe impl<T: ?Sized> Send for Cell<T> where T: Send {}
239
240 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
241 impl<T: ?Sized> !Sync for Cell<T> {}
242
243 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
244 impl<T: Copy> Clone for Cell<T> {
245     #[inline]
246     fn clone(&self) -> Cell<T> {
247         Cell::new(self.get())
248     }
249 }
250
251 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
252 impl<T: Default> Default for Cell<T> {
253     /// Creates a `Cell<T>`, with the `Default` value for T.
254     #[inline]
255     fn default() -> Cell<T> {
256         Cell::new(Default::default())
257     }
258 }
259
260 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
261 impl<T: PartialEq + Copy> PartialEq for Cell<T> {
262     #[inline]
263     fn eq(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
264         self.get() == other.get()
265     }
266 }
267
268 #[stable(feature = "cell_eq", since = "1.2.0")]
269 impl<T: Eq + Copy> Eq for Cell<T> {}
270
271 #[stable(feature = "cell_ord", since = "1.10.0")]
272 impl<T: PartialOrd + Copy> PartialOrd for Cell<T> {
273     #[inline]
274     fn partial_cmp(&self, other: &Cell<T>) -> Option<Ordering> {
275         self.get().partial_cmp(&other.get())
276     }
277
278     #[inline]
279     fn lt(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
280         self.get() < other.get()
281     }
282
283     #[inline]
284     fn le(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
285         self.get() <= other.get()
286     }
287
288     #[inline]
289     fn gt(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
290         self.get() > other.get()
291     }
292
293     #[inline]
294     fn ge(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
295         self.get() >= other.get()
296     }
297 }
298
299 #[stable(feature = "cell_ord", since = "1.10.0")]
300 impl<T: Ord + Copy> Ord for Cell<T> {
301     #[inline]
302     fn cmp(&self, other: &Cell<T>) -> Ordering {
303         self.get().cmp(&other.get())
304     }
305 }
306
307 #[stable(feature = "cell_from", since = "1.12.0")]
308 impl<T> From<T> for Cell<T> {
309     fn from(t: T) -> Cell<T> {
310         Cell::new(t)
311     }
312 }
313
314 impl<T> Cell<T> {
315     /// Creates a new `Cell` containing the given value.
316     ///
317     /// # Examples
318     ///
319     /// ```
320     /// use std::cell::Cell;
321     ///
322     /// let c = Cell::new(5);
323     /// ```
324     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
325     #[rustc_const_stable(feature = "const_cell_new", since = "1.32.0")]
326     #[inline]
327     pub const fn new(value: T) -> Cell<T> {
328         Cell { value: UnsafeCell::new(value) }
329     }
330
331     /// Sets the contained value.
332     ///
333     /// # Examples
334     ///
335     /// ```
336     /// use std::cell::Cell;
337     ///
338     /// let c = Cell::new(5);
339     ///
340     /// c.set(10);
341     /// ```
342     #[inline]
343     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
344     pub fn set(&self, val: T) {
345         let old = self.replace(val);
346         drop(old);
347     }
348
349     /// Swaps the values of two Cells.
350     /// Difference with `std::mem::swap` is that this function doesn't require `&mut` reference.
351     ///
352     /// # Examples
353     ///
354     /// ```
355     /// use std::cell::Cell;
356     ///
357     /// let c1 = Cell::new(5i32);
358     /// let c2 = Cell::new(10i32);
359     /// c1.swap(&c2);
360     /// assert_eq!(10, c1.get());
361     /// assert_eq!(5, c2.get());
362     /// ```
363     #[inline]
364     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
365     pub fn swap(&self, other: &Self) {
366         if ptr::eq(self, other) {
367             return;
368         }
369         // SAFETY: This can be risky if called from separate threads, but `Cell`
370         // is `!Sync` so this won't happen. This also won't invalidate any
371         // pointers since `Cell` makes sure nothing else will be pointing into
372         // either of these `Cell`s.
373         unsafe {
374             ptr::swap(self.value.get(), other.value.get());
375         }
376     }
377
378     /// Replaces the contained value, and returns it.
379     ///
380     /// # Examples
381     ///
382     /// ```
383     /// use std::cell::Cell;
384     ///
385     /// let cell = Cell::new(5);
386     /// assert_eq!(cell.get(), 5);
387     /// assert_eq!(cell.replace(10), 5);
388     /// assert_eq!(cell.get(), 10);
389     /// ```
390     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
391     pub fn replace(&self, val: T) -> T {
392         // SAFETY: This can cause data races if called from a separate thread,
393         // but `Cell` is `!Sync` so this won't happen.
394         mem::replace(unsafe { &mut *self.value.get() }, val)
395     }
396
397     /// Unwraps the value.
398     ///
399     /// # Examples
400     ///
401     /// ```
402     /// use std::cell::Cell;
403     ///
404     /// let c = Cell::new(5);
405     /// let five = c.into_inner();
406     ///
407     /// assert_eq!(five, 5);
408     /// ```
409     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
410     pub fn into_inner(self) -> T {
411         self.value.into_inner()
412     }
413 }
414
415 impl<T: Copy> Cell<T> {
416     /// Returns a copy of the contained value.
417     ///
418     /// # Examples
419     ///
420     /// ```
421     /// use std::cell::Cell;
422     ///
423     /// let c = Cell::new(5);
424     ///
425     /// let five = c.get();
426     /// ```
427     #[inline]
428     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
429     pub fn get(&self) -> T {
430         // SAFETY: This can cause data races if called from a separate thread,
431         // but `Cell` is `!Sync` so this won't happen.
432         unsafe { *self.value.get() }
433     }
434
435     /// Updates the contained value using a function and returns the new value.
436     ///
437     /// # Examples
438     ///
439     /// ```
440     /// #![feature(cell_update)]
441     ///
442     /// use std::cell::Cell;
443     ///
444     /// let c = Cell::new(5);
445     /// let new = c.update(|x| x + 1);
446     ///
447     /// assert_eq!(new, 6);
448     /// assert_eq!(c.get(), 6);
449     /// ```
450     #[inline]
451     #[unstable(feature = "cell_update", issue = "50186")]
452     pub fn update<F>(&self, f: F) -> T
453     where
454         F: FnOnce(T) -> T,
455     {
456         let old = self.get();
457         let new = f(old);
458         self.set(new);
459         new
460     }
461 }
462
463 impl<T: ?Sized> Cell<T> {
464     /// Returns a raw pointer to the underlying data in this cell.
465     ///
466     /// # Examples
467     ///
468     /// ```
469     /// use std::cell::Cell;
470     ///
471     /// let c = Cell::new(5);
472     ///
473     /// let ptr = c.as_ptr();
474     /// ```
475     #[inline]
476     #[stable(feature = "cell_as_ptr", since = "1.12.0")]
477     #[rustc_const_stable(feature = "const_cell_as_ptr", since = "1.32.0")]
478     pub const fn as_ptr(&self) -> *mut T {
479         self.value.get()
480     }
481
482     /// Returns a mutable reference to the underlying data.
483     ///
484     /// This call borrows `Cell` mutably (at compile-time) which guarantees
485     /// that we possess the only reference.
486     ///
487     /// # Examples
488     ///
489     /// ```
490     /// use std::cell::Cell;
491     ///
492     /// let mut c = Cell::new(5);
493     /// *c.get_mut() += 1;
494     ///
495     /// assert_eq!(c.get(), 6);
496     /// ```
497     #[inline]
498     #[stable(feature = "cell_get_mut", since = "1.11.0")]
499     pub fn get_mut(&mut self) -> &mut T {
500         // SAFETY: This can cause data races if called from a separate thread,
501         // but `Cell` is `!Sync` so this won't happen, and `&mut` guarantees
502         // unique access.
503         unsafe { &mut *self.value.get() }
504     }
505
506     /// Returns a `&Cell<T>` from a `&mut T`
507     ///
508     /// # Examples
509     ///
510     /// ```
511     /// use std::cell::Cell;
512     ///
513     /// let slice: &mut [i32] = &mut [1, 2, 3];
514     /// let cell_slice: &Cell<[i32]> = Cell::from_mut(slice);
515     /// let slice_cell: &[Cell<i32>] = cell_slice.as_slice_of_cells();
516     ///
517     /// assert_eq!(slice_cell.len(), 3);
518     /// ```
519     #[inline]
520     #[stable(feature = "as_cell", since = "1.37.0")]
521     pub fn from_mut(t: &mut T) -> &Cell<T> {
522         // SAFETY: `&mut` ensures unique access.
523         unsafe { &*(t as *mut T as *const Cell<T>) }
524     }
525 }
526
527 impl<T: Default> Cell<T> {
528     /// Takes the value of the cell, leaving `Default::default()` in its place.
529     ///
530     /// # Examples
531     ///
532     /// ```
533     /// use std::cell::Cell;
534     ///
535     /// let c = Cell::new(5);
536     /// let five = c.take();
537     ///
538     /// assert_eq!(five, 5);
539     /// assert_eq!(c.into_inner(), 0);
540     /// ```
541     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
542     pub fn take(&self) -> T {
543         self.replace(Default::default())
544     }
545 }
546
547 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
548 impl<T: CoerceUnsized<U>, U> CoerceUnsized<Cell<U>> for Cell<T> {}
549
550 impl<T> Cell<[T]> {
551     /// Returns a `&[Cell<T>]` from a `&Cell<[T]>`
552     ///
553     /// # Examples
554     ///
555     /// ```
556     /// use std::cell::Cell;
557     ///
558     /// let slice: &mut [i32] = &mut [1, 2, 3];
559     /// let cell_slice: &Cell<[i32]> = Cell::from_mut(slice);
560     /// let slice_cell: &[Cell<i32>] = cell_slice.as_slice_of_cells();
561     ///
562     /// assert_eq!(slice_cell.len(), 3);
563     /// ```
564     #[stable(feature = "as_cell", since = "1.37.0")]
565     pub fn as_slice_of_cells(&self) -> &[Cell<T>] {
566         // SAFETY: `Cell<T>` has the same memory layout as `T`.
567         unsafe { &*(self as *const Cell<[T]> as *const [Cell<T>]) }
568     }
569 }
570
571 /// A mutable memory location with dynamically checked borrow rules
572 ///
573 /// See the [module-level documentation](index.html) for more.
574 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
575 pub struct RefCell<T: ?Sized> {
576     borrow: Cell<BorrowFlag>,
577     value: UnsafeCell<T>,
578 }
579
580 /// An error returned by [`RefCell::try_borrow`](struct.RefCell.html#method.try_borrow).
581 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
582 pub struct BorrowError {
583     _private: (),
584 }
585
586 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
587 impl Debug for BorrowError {
588     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
589         f.debug_struct("BorrowError").finish()
590     }
591 }
592
593 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
594 impl Display for BorrowError {
595     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
596         Display::fmt("already mutably borrowed", f)
597     }
598 }
599
600 /// An error returned by [`RefCell::try_borrow_mut`](struct.RefCell.html#method.try_borrow_mut).
601 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
602 pub struct BorrowMutError {
603     _private: (),
604 }
605
606 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
607 impl Debug for BorrowMutError {
608     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
609         f.debug_struct("BorrowMutError").finish()
610     }
611 }
612
613 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
614 impl Display for BorrowMutError {
615     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
616         Display::fmt("already borrowed", f)
617     }
618 }
619
620 // Positive values represent the number of `Ref` active. Negative values
621 // represent the number of `RefMut` active. Multiple `RefMut`s can only be
622 // active at a time if they refer to distinct, nonoverlapping components of a
623 // `RefCell` (e.g., different ranges of a slice).
624 //
625 // `Ref` and `RefMut` are both two words in size, and so there will likely never
626 // be enough `Ref`s or `RefMut`s in existence to overflow half of the `usize`
627 // range. Thus, a `BorrowFlag` will probably never overflow or underflow.
628 // However, this is not a guarantee, as a pathological program could repeatedly
629 // create and then mem::forget `Ref`s or `RefMut`s. Thus, all code must
630 // explicitly check for overflow and underflow in order to avoid unsafety, or at
631 // least behave correctly in the event that overflow or underflow happens (e.g.,
632 // see BorrowRef::new).
633 type BorrowFlag = isize;
634 const UNUSED: BorrowFlag = 0;
635
636 #[inline(always)]
637 fn is_writing(x: BorrowFlag) -> bool {
638     x < UNUSED
639 }
640
641 #[inline(always)]
642 fn is_reading(x: BorrowFlag) -> bool {
643     x > UNUSED
644 }
645
646 impl<T> RefCell<T> {
647     /// Creates a new `RefCell` containing `value`.
648     ///
649     /// # Examples
650     ///
651     /// ```
652     /// use std::cell::RefCell;
653     ///
654     /// let c = RefCell::new(5);
655     /// ```
656     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
657     #[rustc_const_stable(feature = "const_refcell_new", since = "1.32.0")]
658     #[inline]
659     pub const fn new(value: T) -> RefCell<T> {
660         RefCell { value: UnsafeCell::new(value), borrow: Cell::new(UNUSED) }
661     }
662
663     /// Consumes the `RefCell`, returning the wrapped value.
664     ///
665     /// # Examples
666     ///
667     /// ```
668     /// use std::cell::RefCell;
669     ///
670     /// let c = RefCell::new(5);
671     ///
672     /// let five = c.into_inner();
673     /// ```
674     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
675     #[inline]
676     pub fn into_inner(self) -> T {
677         // Since this function takes `self` (the `RefCell`) by value, the
678         // compiler statically verifies that it is not currently borrowed.
679         // Therefore the following assertion is just a `debug_assert!`.
680         debug_assert!(self.borrow.get() == UNUSED);
681         self.value.into_inner()
682     }
683
684     /// Replaces the wrapped value with a new one, returning the old value,
685     /// without deinitializing either one.
686     ///
687     /// This function corresponds to [`std::mem::replace`](../mem/fn.replace.html).
688     ///
689     /// # Panics
690     ///
691     /// Panics if the value is currently borrowed.
692     ///
693     /// # Examples
694     ///
695     /// ```
696     /// use std::cell::RefCell;
697     /// let cell = RefCell::new(5);
698     /// let old_value = cell.replace(6);
699     /// assert_eq!(old_value, 5);
700     /// assert_eq!(cell, RefCell::new(6));
701     /// ```
702     #[inline]
703     #[stable(feature = "refcell_replace", since = "1.24.0")]
704     pub fn replace(&self, t: T) -> T {
705         mem::replace(&mut *self.borrow_mut(), t)
706     }
707
708     /// Replaces the wrapped value with a new one computed from `f`, returning
709     /// the old value, without deinitializing either one.
710     ///
711     /// # Panics
712     ///
713     /// Panics if the value is currently borrowed.
714     ///
715     /// # Examples
716     ///
717     /// ```
718     /// use std::cell::RefCell;
719     /// let cell = RefCell::new(5);
720     /// let old_value = cell.replace_with(|&mut old| old + 1);
721     /// assert_eq!(old_value, 5);
722     /// assert_eq!(cell, RefCell::new(6));
723     /// ```
724     #[inline]
725     #[stable(feature = "refcell_replace_swap", since = "1.35.0")]
726     pub fn replace_with<F: FnOnce(&mut T) -> T>(&self, f: F) -> T {
727         let mut_borrow = &mut *self.borrow_mut();
728         let replacement = f(mut_borrow);
729         mem::replace(mut_borrow, replacement)
730     }
731
732     /// Swaps the wrapped value of `self` with the wrapped value of `other`,
733     /// without deinitializing either one.
734     ///
735     /// This function corresponds to [`std::mem::swap`](../mem/fn.swap.html).
736     ///
737     /// # Panics
738     ///
739     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
740     ///
741     /// # Examples
742     ///
743     /// ```
744     /// use std::cell::RefCell;
745     /// let c = RefCell::new(5);
746     /// let d = RefCell::new(6);
747     /// c.swap(&d);
748     /// assert_eq!(c, RefCell::new(6));
749     /// assert_eq!(d, RefCell::new(5));
750     /// ```
751     #[inline]
752     #[stable(feature = "refcell_swap", since = "1.24.0")]
753     pub fn swap(&self, other: &Self) {
754         mem::swap(&mut *self.borrow_mut(), &mut *other.borrow_mut())
755     }
756 }
757
758 impl<T: ?Sized> RefCell<T> {
759     /// Immutably borrows the wrapped value.
760     ///
761     /// The borrow lasts until the returned `Ref` exits scope. Multiple
762     /// immutable borrows can be taken out at the same time.
763     ///
764     /// # Panics
765     ///
766     /// Panics if the value is currently mutably borrowed. For a non-panicking variant, use
767     /// [`try_borrow`](#method.try_borrow).
768     ///
769     /// # Examples
770     ///
771     /// ```
772     /// use std::cell::RefCell;
773     ///
774     /// let c = RefCell::new(5);
775     ///
776     /// let borrowed_five = c.borrow();
777     /// let borrowed_five2 = c.borrow();
778     /// ```
779     ///
780     /// An example of panic:
781     ///
782     /// ```
783     /// use std::cell::RefCell;
784     /// use std::thread;
785     ///
786     /// let result = thread::spawn(move || {
787     ///    let c = RefCell::new(5);
788     ///    let m = c.borrow_mut();
789     ///
790     ///    let b = c.borrow(); // this causes a panic
791     /// }).join();
792     ///
793     /// assert!(result.is_err());
794     /// ```
795     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
796     #[inline]
797     pub fn borrow(&self) -> Ref<'_, T> {
798         self.try_borrow().expect("already mutably borrowed")
799     }
800
801     /// Immutably borrows the wrapped value, returning an error if the value is currently mutably
802     /// borrowed.
803     ///
804     /// The borrow lasts until the returned `Ref` exits scope. Multiple immutable borrows can be
805     /// taken out at the same time.
806     ///
807     /// This is the non-panicking variant of [`borrow`](#method.borrow).
808     ///
809     /// # Examples
810     ///
811     /// ```
812     /// use std::cell::RefCell;
813     ///
814     /// let c = RefCell::new(5);
815     ///
816     /// {
817     ///     let m = c.borrow_mut();
818     ///     assert!(c.try_borrow().is_err());
819     /// }
820     ///
821     /// {
822     ///     let m = c.borrow();
823     ///     assert!(c.try_borrow().is_ok());
824     /// }
825     /// ```
826     #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
827     #[inline]
828     pub fn try_borrow(&self) -> Result<Ref<'_, T>, BorrowError> {
829         match BorrowRef::new(&self.borrow) {
830             // SAFETY: `BorrowRef` ensures that there is only immutable access
831             // to the value while borrowed.
832             Some(b) => Ok(Ref { value: unsafe { &*self.value.get() }, borrow: b }),
833             None => Err(BorrowError { _private: () }),
834         }
835     }
836
837     /// Mutably borrows the wrapped value.
838     ///
839     /// The borrow lasts until the returned `RefMut` or all `RefMut`s derived
840     /// from it exit scope. The value cannot be borrowed while this borrow is
841     /// active.
842     ///
843     /// # Panics
844     ///
845     /// Panics if the value is currently borrowed. For a non-panicking variant, use
846     /// [`try_borrow_mut`](#method.try_borrow_mut).
847     ///
848     /// # Examples
849     ///
850     /// ```
851     /// use std::cell::RefCell;
852     ///
853     /// let c = RefCell::new(5);
854     ///
855     /// *c.borrow_mut() = 7;
856     ///
857     /// assert_eq!(*c.borrow(), 7);
858     /// ```
859     ///
860     /// An example of panic:
861     ///
862     /// ```
863     /// use std::cell::RefCell;
864     /// use std::thread;
865     ///
866     /// let result = thread::spawn(move || {
867     ///    let c = RefCell::new(5);
868     ///    let m = c.borrow();
869     ///
870     ///    let b = c.borrow_mut(); // this causes a panic
871     /// }).join();
872     ///
873     /// assert!(result.is_err());
874     /// ```
875     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
876     #[inline]
877     pub fn borrow_mut(&self) -> RefMut<'_, T> {
878         self.try_borrow_mut().expect("already borrowed")
879     }
880
881     /// Mutably borrows the wrapped value, returning an error if the value is currently borrowed.
882     ///
883     /// The borrow lasts until the returned `RefMut` or all `RefMut`s derived
884     /// from it exit scope. The value cannot be borrowed while this borrow is
885     /// active.
886     ///
887     /// This is the non-panicking variant of [`borrow_mut`](#method.borrow_mut).
888     ///
889     /// # Examples
890     ///
891     /// ```
892     /// use std::cell::RefCell;
893     ///
894     /// let c = RefCell::new(5);
895     ///
896     /// {
897     ///     let m = c.borrow();
898     ///     assert!(c.try_borrow_mut().is_err());
899     /// }
900     ///
901     /// assert!(c.try_borrow_mut().is_ok());
902     /// ```
903     #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
904     #[inline]
905     pub fn try_borrow_mut(&self) -> Result<RefMut<'_, T>, BorrowMutError> {
906         match BorrowRefMut::new(&self.borrow) {
907             // SAFETY: `BorrowRef` guarantees unique access.
908             Some(b) => Ok(RefMut { value: unsafe { &mut *self.value.get() }, borrow: b }),
909             None => Err(BorrowMutError { _private: () }),
910         }
911     }
912
913     /// Returns a raw pointer to the underlying data in this cell.
914     ///
915     /// # Examples
916     ///
917     /// ```
918     /// use std::cell::RefCell;
919     ///
920     /// let c = RefCell::new(5);
921     ///
922     /// let ptr = c.as_ptr();
923     /// ```
924     #[inline]
925     #[stable(feature = "cell_as_ptr", since = "1.12.0")]
926     pub fn as_ptr(&self) -> *mut T {
927         self.value.get()
928     }
929
930     /// Returns a mutable reference to the underlying data.
931     ///
932     /// This call borrows `RefCell` mutably (at compile-time) so there is no
933     /// need for dynamic checks.
934     ///
935     /// However be cautious: this method expects `self` to be mutable, which is
936     /// generally not the case when using a `RefCell`. Take a look at the
937     /// [`borrow_mut`] method instead if `self` isn't mutable.
938     ///
939     /// Also, please be aware that this method is only for special circumstances and is usually
940     /// not what you want. In case of doubt, use [`borrow_mut`] instead.
941     ///
942     /// [`borrow_mut`]: #method.borrow_mut
943     ///
944     /// # Examples
945     ///
946     /// ```
947     /// use std::cell::RefCell;
948     ///
949     /// let mut c = RefCell::new(5);
950     /// *c.get_mut() += 1;
951     ///
952     /// assert_eq!(c, RefCell::new(6));
953     /// ```
954     #[inline]
955     #[stable(feature = "cell_get_mut", since = "1.11.0")]
956     pub fn get_mut(&mut self) -> &mut T {
957         // SAFETY: `&mut` guarantees unique access.
958         unsafe { &mut *self.value.get() }
959     }
960
961     /// Immutably borrows the wrapped value, returning an error if the value is
962     /// currently mutably borrowed.
963     ///
964     /// # Safety
965     ///
966     /// Unlike `RefCell::borrow`, this method is unsafe because it does not
967     /// return a `Ref`, thus leaving the borrow flag untouched. Mutably
968     /// borrowing the `RefCell` while the reference returned by this method
969     /// is alive is undefined behaviour.
970     ///
971     /// # Examples
972     ///
973     /// ```
974     /// use std::cell::RefCell;
975     ///
976     /// let c = RefCell::new(5);
977     ///
978     /// {
979     ///     let m = c.borrow_mut();
980     ///     assert!(unsafe { c.try_borrow_unguarded() }.is_err());
981     /// }
982     ///
983     /// {
984     ///     let m = c.borrow();
985     ///     assert!(unsafe { c.try_borrow_unguarded() }.is_ok());
986     /// }
987     /// ```
988     #[stable(feature = "borrow_state", since = "1.37.0")]
989     #[inline]
990     pub unsafe fn try_borrow_unguarded(&self) -> Result<&T, BorrowError> {
991         if !is_writing(self.borrow.get()) {
992             Ok(&*self.value.get())
993         } else {
994             Err(BorrowError { _private: () })
995         }
996     }
997 }
998
999 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1000 unsafe impl<T: ?Sized> Send for RefCell<T> where T: Send {}
1001
1002 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1003 impl<T: ?Sized> !Sync for RefCell<T> {}
1004
1005 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1006 impl<T: Clone> Clone for RefCell<T> {
1007     /// # Panics
1008     ///
1009     /// Panics if the value is currently mutably borrowed.
1010     #[inline]
1011     fn clone(&self) -> RefCell<T> {
1012         RefCell::new(self.borrow().clone())
1013     }
1014 }
1015
1016 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1017 impl<T: Default> Default for RefCell<T> {
1018     /// Creates a `RefCell<T>`, with the `Default` value for T.
1019     #[inline]
1020     fn default() -> RefCell<T> {
1021         RefCell::new(Default::default())
1022     }
1023 }
1024
1025 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1026 impl<T: ?Sized + PartialEq> PartialEq for RefCell<T> {
1027     /// # Panics
1028     ///
1029     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1030     #[inline]
1031     fn eq(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1032         *self.borrow() == *other.borrow()
1033     }
1034 }
1035
1036 #[stable(feature = "cell_eq", since = "1.2.0")]
1037 impl<T: ?Sized + Eq> Eq for RefCell<T> {}
1038
1039 #[stable(feature = "cell_ord", since = "1.10.0")]
1040 impl<T: ?Sized + PartialOrd> PartialOrd for RefCell<T> {
1041     /// # Panics
1042     ///
1043     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1044     #[inline]
1045     fn partial_cmp(&self, other: &RefCell<T>) -> Option<Ordering> {
1046         self.borrow().partial_cmp(&*other.borrow())
1047     }
1048
1049     /// # Panics
1050     ///
1051     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1052     #[inline]
1053     fn lt(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1054         *self.borrow() < *other.borrow()
1055     }
1056
1057     /// # Panics
1058     ///
1059     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1060     #[inline]
1061     fn le(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1062         *self.borrow() <= *other.borrow()
1063     }
1064
1065     /// # Panics
1066     ///
1067     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1068     #[inline]
1069     fn gt(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1070         *self.borrow() > *other.borrow()
1071     }
1072
1073     /// # Panics
1074     ///
1075     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1076     #[inline]
1077     fn ge(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1078         *self.borrow() >= *other.borrow()
1079     }
1080 }
1081
1082 #[stable(feature = "cell_ord", since = "1.10.0")]
1083 impl<T: ?Sized + Ord> Ord for RefCell<T> {
1084     /// # Panics
1085     ///
1086     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1087     #[inline]
1088     fn cmp(&self, other: &RefCell<T>) -> Ordering {
1089         self.borrow().cmp(&*other.borrow())
1090     }
1091 }
1092
1093 #[stable(feature = "cell_from", since = "1.12.0")]
1094 impl<T> From<T> for RefCell<T> {
1095     fn from(t: T) -> RefCell<T> {
1096         RefCell::new(t)
1097     }
1098 }
1099
1100 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
1101 impl<T: CoerceUnsized<U>, U> CoerceUnsized<RefCell<U>> for RefCell<T> {}
1102
1103 struct BorrowRef<'b> {
1104     borrow: &'b Cell<BorrowFlag>,
1105 }
1106
1107 impl<'b> BorrowRef<'b> {
1108     #[inline]
1109     fn new(borrow: &'b Cell<BorrowFlag>) -> Option<BorrowRef<'b>> {
1110         let b = borrow.get().wrapping_add(1);
1111         if !is_reading(b) {
1112             // Incrementing borrow can result in a non-reading value (<= 0) in these cases:
1113             // 1. It was < 0, i.e. there are writing borrows, so we can't allow a read borrow
1114             //    due to Rust's reference aliasing rules
1115             // 2. It was isize::max_value() (the max amount of reading borrows) and it overflowed
1116             //    into isize::min_value() (the max amount of writing borrows) so we can't allow
1117             //    an additional read borrow because isize can't represent so many read borrows
1118             //    (this can only happen if you mem::forget more than a small constant amount of
1119             //    `Ref`s, which is not good practice)
1120             None
1121         } else {
1122             // Incrementing borrow can result in a reading value (> 0) in these cases:
1123             // 1. It was = 0, i.e. it wasn't borrowed, and we are taking the first read borrow
1124             // 2. It was > 0 and < isize::max_value(), i.e. there were read borrows, and isize
1125             //    is large enough to represent having one more read borrow
1126             borrow.set(b);
1127             Some(BorrowRef { borrow })
1128         }
1129     }
1130 }
1131
1132 impl Drop for BorrowRef<'_> {
1133     #[inline]
1134     fn drop(&mut self) {
1135         let borrow = self.borrow.get();
1136         debug_assert!(is_reading(borrow));
1137         self.borrow.set(borrow - 1);
1138     }
1139 }
1140
1141 impl Clone for BorrowRef<'_> {
1142     #[inline]
1143     fn clone(&self) -> Self {
1144         // Since this Ref exists, we know the borrow flag
1145         // is a reading borrow.
1146         let borrow = self.borrow.get();
1147         debug_assert!(is_reading(borrow));
1148         // Prevent the borrow counter from overflowing into
1149         // a writing borrow.
1150         assert!(borrow != isize::max_value());
1151         self.borrow.set(borrow + 1);
1152         BorrowRef { borrow: self.borrow }
1153     }
1154 }
1155
1156 /// Wraps a borrowed reference to a value in a `RefCell` box.
1157 /// A wrapper type for an immutably borrowed value from a `RefCell<T>`.
1158 ///
1159 /// See the [module-level documentation](index.html) for more.
1160 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1161 pub struct Ref<'b, T: ?Sized + 'b> {
1162     value: &'b T,
1163     borrow: BorrowRef<'b>,
1164 }
1165
1166 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1167 impl<T: ?Sized> Deref for Ref<'_, T> {
1168     type Target = T;
1169
1170     #[inline]
1171     fn deref(&self) -> &T {
1172         self.value
1173     }
1174 }
1175
1176 impl<'b, T: ?Sized> Ref<'b, T> {
1177     /// Copies a `Ref`.
1178     ///
1179     /// The `RefCell` is already immutably borrowed, so this cannot fail.
1180     ///
1181     /// This is an associated function that needs to be used as
1182     /// `Ref::clone(...)`. A `Clone` implementation or a method would interfere
1183     /// with the widespread use of `r.borrow().clone()` to clone the contents of
1184     /// a `RefCell`.
1185     #[stable(feature = "cell_extras", since = "1.15.0")]
1186     #[inline]
1187     pub fn clone(orig: &Ref<'b, T>) -> Ref<'b, T> {
1188         Ref { value: orig.value, borrow: orig.borrow.clone() }
1189     }
1190
1191     /// Makes a new `Ref` for a component of the borrowed data.
1192     ///
1193     /// The `RefCell` is already immutably borrowed, so this cannot fail.
1194     ///
1195     /// This is an associated function that needs to be used as `Ref::map(...)`.
1196     /// A method would interfere with methods of the same name on the contents
1197     /// of a `RefCell` used through `Deref`.
1198     ///
1199     /// # Examples
1200     ///
1201     /// ```
1202     /// use std::cell::{RefCell, Ref};
1203     ///
1204     /// let c = RefCell::new((5, 'b'));
1205     /// let b1: Ref<(u32, char)> = c.borrow();
1206     /// let b2: Ref<u32> = Ref::map(b1, |t| &t.0);
1207     /// assert_eq!(*b2, 5)
1208     /// ```
1209     #[stable(feature = "cell_map", since = "1.8.0")]
1210     #[inline]
1211     pub fn map<U: ?Sized, F>(orig: Ref<'b, T>, f: F) -> Ref<'b, U>
1212     where
1213         F: FnOnce(&T) -> &U,
1214     {
1215         Ref { value: f(orig.value), borrow: orig.borrow }
1216     }
1217
1218     /// Splits a `Ref` into multiple `Ref`s for different components of the
1219     /// borrowed data.
1220     ///
1221     /// The `RefCell` is already immutably borrowed, so this cannot fail.
1222     ///
1223     /// This is an associated function that needs to be used as
1224     /// `Ref::map_split(...)`. A method would interfere with methods of the same
1225     /// name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1226     ///
1227     /// # Examples
1228     ///
1229     /// ```
1230     /// use std::cell::{Ref, RefCell};
1231     ///
1232     /// let cell = RefCell::new([1, 2, 3, 4]);
1233     /// let borrow = cell.borrow();
1234     /// let (begin, end) = Ref::map_split(borrow, |slice| slice.split_at(2));
1235     /// assert_eq!(*begin, [1, 2]);
1236     /// assert_eq!(*end, [3, 4]);
1237     /// ```
1238     #[stable(feature = "refcell_map_split", since = "1.35.0")]
1239     #[inline]
1240     pub fn map_split<U: ?Sized, V: ?Sized, F>(orig: Ref<'b, T>, f: F) -> (Ref<'b, U>, Ref<'b, V>)
1241     where
1242         F: FnOnce(&T) -> (&U, &V),
1243     {
1244         let (a, b) = f(orig.value);
1245         let borrow = orig.borrow.clone();
1246         (Ref { value: a, borrow }, Ref { value: b, borrow: orig.borrow })
1247     }
1248
1249     /// Convert into a reference to the underlying data.
1250     ///
1251     /// The underlying `RefCell` can never be mutably borrowed from again and will always appear
1252     /// already immutably borrowed. It is not a good idea to leak more than a constant number of
1253     /// references. The `RefCell` can be immutably borrowed again if only a smaller number of leaks
1254     /// have occurred in total.
1255     ///
1256     /// This is an associated function that needs to be used as
1257     /// `Ref::leak(...)`. A method would interfere with methods of the
1258     /// same name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1259     ///
1260     /// # Examples
1261     ///
1262     /// ```
1263     /// #![feature(cell_leak)]
1264     /// use std::cell::{RefCell, Ref};
1265     /// let cell = RefCell::new(0);
1266     ///
1267     /// let value = Ref::leak(cell.borrow());
1268     /// assert_eq!(*value, 0);
1269     ///
1270     /// assert!(cell.try_borrow().is_ok());
1271     /// assert!(cell.try_borrow_mut().is_err());
1272     /// ```
1273     #[unstable(feature = "cell_leak", issue = "69099")]
1274     pub fn leak(orig: Ref<'b, T>) -> &'b T {
1275         // By forgetting this Ref we ensure that the borrow counter in the RefCell never goes back
1276         // to UNUSED again. No further mutable references can be created from the original cell.
1277         mem::forget(orig.borrow);
1278         orig.value
1279     }
1280 }
1281
1282 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
1283 impl<'b, T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Ref<'b, U>> for Ref<'b, T> {}
1284
1285 #[stable(feature = "std_guard_impls", since = "1.20.0")]
1286 impl<T: ?Sized + fmt::Display> fmt::Display for Ref<'_, T> {
1287     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1288         self.value.fmt(f)
1289     }
1290 }
1291
1292 impl<'b, T: ?Sized> RefMut<'b, T> {
1293     /// Makes a new `RefMut` for a component of the borrowed data, e.g., an enum
1294     /// variant.
1295     ///
1296     /// The `RefCell` is already mutably borrowed, so this cannot fail.
1297     ///
1298     /// This is an associated function that needs to be used as
1299     /// `RefMut::map(...)`. A method would interfere with methods of the same
1300     /// name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1301     ///
1302     /// # Examples
1303     ///
1304     /// ```
1305     /// use std::cell::{RefCell, RefMut};
1306     ///
1307     /// let c = RefCell::new((5, 'b'));
1308     /// {
1309     ///     let b1: RefMut<(u32, char)> = c.borrow_mut();
1310     ///     let mut b2: RefMut<u32> = RefMut::map(b1, |t| &mut t.0);
1311     ///     assert_eq!(*b2, 5);
1312     ///     *b2 = 42;
1313     /// }
1314     /// assert_eq!(*c.borrow(), (42, 'b'));
1315     /// ```
1316     #[stable(feature = "cell_map", since = "1.8.0")]
1317     #[inline]
1318     pub fn map<U: ?Sized, F>(orig: RefMut<'b, T>, f: F) -> RefMut<'b, U>
1319     where
1320         F: FnOnce(&mut T) -> &mut U,
1321     {
1322         // FIXME(nll-rfc#40): fix borrow-check
1323         let RefMut { value, borrow } = orig;
1324         RefMut { value: f(value), borrow }
1325     }
1326
1327     /// Splits a `RefMut` into multiple `RefMut`s for different components of the
1328     /// borrowed data.
1329     ///
1330     /// The underlying `RefCell` will remain mutably borrowed until both
1331     /// returned `RefMut`s go out of scope.
1332     ///
1333     /// The `RefCell` is already mutably borrowed, so this cannot fail.
1334     ///
1335     /// This is an associated function that needs to be used as
1336     /// `RefMut::map_split(...)`. A method would interfere with methods of the
1337     /// same name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1338     ///
1339     /// # Examples
1340     ///
1341     /// ```
1342     /// use std::cell::{RefCell, RefMut};
1343     ///
1344     /// let cell = RefCell::new([1, 2, 3, 4]);
1345     /// let borrow = cell.borrow_mut();
1346     /// let (mut begin, mut end) = RefMut::map_split(borrow, |slice| slice.split_at_mut(2));
1347     /// assert_eq!(*begin, [1, 2]);
1348     /// assert_eq!(*end, [3, 4]);
1349     /// begin.copy_from_slice(&[4, 3]);
1350     /// end.copy_from_slice(&[2, 1]);
1351     /// ```
1352     #[stable(feature = "refcell_map_split", since = "1.35.0")]
1353     #[inline]
1354     pub fn map_split<U: ?Sized, V: ?Sized, F>(
1355         orig: RefMut<'b, T>,
1356         f: F,
1357     ) -> (RefMut<'b, U>, RefMut<'b, V>)
1358     where
1359         F: FnOnce(&mut T) -> (&mut U, &mut V),
1360     {
1361         let (a, b) = f(orig.value);
1362         let borrow = orig.borrow.clone();
1363         (RefMut { value: a, borrow }, RefMut { value: b, borrow: orig.borrow })
1364     }
1365
1366     /// Convert into a mutable reference to the underlying data.
1367     ///
1368     /// The underlying `RefCell` can not be borrowed from again and will always appear already
1369     /// mutably borrowed, making the returned reference the only to the interior.
1370     ///
1371     /// This is an associated function that needs to be used as
1372     /// `RefMut::leak(...)`. A method would interfere with methods of the
1373     /// same name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1374     ///
1375     /// # Examples
1376     ///
1377     /// ```
1378     /// #![feature(cell_leak)]
1379     /// use std::cell::{RefCell, RefMut};
1380     /// let cell = RefCell::new(0);
1381     ///
1382     /// let value = RefMut::leak(cell.borrow_mut());
1383     /// assert_eq!(*value, 0);
1384     /// *value = 1;
1385     ///
1386     /// assert!(cell.try_borrow_mut().is_err());
1387     /// ```
1388     #[unstable(feature = "cell_leak", issue = "69099")]
1389     pub fn leak(orig: RefMut<'b, T>) -> &'b mut T {
1390         // By forgetting this BorrowRefMut we ensure that the borrow counter in the RefCell never
1391         // goes back to UNUSED again. No further references can be created from the original cell,
1392         // making the current borrow the only reference for the remaining lifetime.
1393         mem::forget(orig.borrow);
1394         orig.value
1395     }
1396 }
1397
1398 struct BorrowRefMut<'b> {
1399     borrow: &'b Cell<BorrowFlag>,
1400 }
1401
1402 impl Drop for BorrowRefMut<'_> {
1403     #[inline]
1404     fn drop(&mut self) {
1405         let borrow = self.borrow.get();
1406         debug_assert!(is_writing(borrow));
1407         self.borrow.set(borrow + 1);
1408     }
1409 }
1410
1411 impl<'b> BorrowRefMut<'b> {
1412     #[inline]
1413     fn new(borrow: &'b Cell<BorrowFlag>) -> Option<BorrowRefMut<'b>> {
1414         // NOTE: Unlike BorrowRefMut::clone, new is called to create the initial
1415         // mutable reference, and so there must currently be no existing
1416         // references. Thus, while clone increments the mutable refcount, here
1417         // we explicitly only allow going from UNUSED to UNUSED - 1.
1418         match borrow.get() {
1419             UNUSED => {
1420                 borrow.set(UNUSED - 1);
1421                 Some(BorrowRefMut { borrow })
1422             }
1423             _ => None,
1424         }
1425     }
1426
1427     // Clones a `BorrowRefMut`.
1428     //
1429     // This is only valid if each `BorrowRefMut` is used to track a mutable
1430     // reference to a distinct, nonoverlapping range of the original object.
1431     // This isn't in a Clone impl so that code doesn't call this implicitly.
1432     #[inline]
1433     fn clone(&self) -> BorrowRefMut<'b> {
1434         let borrow = self.borrow.get();
1435         debug_assert!(is_writing(borrow));
1436         // Prevent the borrow counter from underflowing.
1437         assert!(borrow != isize::min_value());
1438         self.borrow.set(borrow - 1);
1439         BorrowRefMut { borrow: self.borrow }
1440     }
1441 }
1442
1443 /// A wrapper type for a mutably borrowed value from a `RefCell<T>`.
1444 ///
1445 /// See the [module-level documentation](index.html) for more.
1446 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1447 pub struct RefMut<'b, T: ?Sized + 'b> {
1448     value: &'b mut T,
1449     borrow: BorrowRefMut<'b>,
1450 }
1451
1452 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1453 impl<T: ?Sized> Deref for RefMut<'_, T> {
1454     type Target = T;
1455
1456     #[inline]
1457     fn deref(&self) -> &T {
1458         self.value
1459     }
1460 }
1461
1462 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1463 impl<T: ?Sized> DerefMut for RefMut<'_, T> {
1464     #[inline]
1465     fn deref_mut(&mut self) -> &mut T {
1466         self.value
1467     }
1468 }
1469
1470 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
1471 impl<'b, T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<RefMut<'b, U>> for RefMut<'b, T> {}
1472
1473 #[stable(feature = "std_guard_impls", since = "1.20.0")]
1474 impl<T: ?Sized + fmt::Display> fmt::Display for RefMut<'_, T> {
1475     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1476         self.value.fmt(f)
1477     }
1478 }
1479
1480 /// The core primitive for interior mutability in Rust.
1481 ///
1482 /// `UnsafeCell<T>` is a type that wraps some `T` and indicates unsafe interior operations on the
1483 /// wrapped type. Types with an `UnsafeCell<T>` field are considered to have an 'unsafe interior'.
1484 /// The `UnsafeCell<T>` type is the only legal way to obtain aliasable data that is considered
1485 /// mutable. In general, transmuting an `&T` type into an `&mut T` is considered undefined behavior.
1486 ///
1487 /// If you have a reference `&SomeStruct`, then normally in Rust all fields of `SomeStruct` are
1488 /// immutable. The compiler makes optimizations based on the knowledge that `&T` is not mutably
1489 /// aliased or mutated, and that `&mut T` is unique. `UnsafeCell<T>` is the only core language
1490 /// feature to work around the restriction that `&T` may not be mutated. All other types that
1491 /// allow internal mutability, such as `Cell<T>` and `RefCell<T>`, use `UnsafeCell` to wrap their
1492 /// internal data. There is *no* legal way to obtain aliasing `&mut`, not even with `UnsafeCell<T>`.
1493 ///
1494 /// The `UnsafeCell` API itself is technically very simple: it gives you a raw pointer `*mut T` to
1495 /// its contents. It is up to _you_ as the abstraction designer to use that raw pointer correctly.
1496 ///
1497 /// The precise Rust aliasing rules are somewhat in flux, but the main points are not contentious:
1498 ///
1499 /// - If you create a safe reference with lifetime `'a` (either a `&T` or `&mut T`
1500 /// reference) that is accessible by safe code (for example, because you returned it),
1501 /// then you must not access the data in any way that contradicts that reference for the
1502 /// remainder of `'a`. For example, this means that if you take the `*mut T` from an
1503 /// `UnsafeCell<T>` and cast it to an `&T`, then the data in `T` must remain immutable
1504 /// (modulo any `UnsafeCell` data found within `T`, of course) until that reference's
1505 /// lifetime expires. Similarly, if you create a `&mut T` reference that is released to
1506 /// safe code, then you must not access the data within the `UnsafeCell` until that
1507 /// reference expires.
1508 ///
1509 /// - At all times, you must avoid data races. If multiple threads have access to
1510 /// the same `UnsafeCell`, then any writes must have a proper happens-before relation to all other
1511 /// accesses (or use atomics).
1512 ///
1513 /// To assist with proper design, the following scenarios are explicitly declared legal
1514 /// for single-threaded code:
1515 ///
1516 /// 1. A `&T` reference can be released to safe code and there it can co-exist with other `&T`
1517 /// references, but not with a `&mut T`
1518 ///
1519 /// 2. A `&mut T` reference may be released to safe code provided neither other `&mut T` nor `&T`
1520 /// co-exist with it. A `&mut T` must always be unique.
1521 ///
1522 /// Note that while mutating or mutably aliasing the contents of an `&UnsafeCell<T>` is
1523 /// ok (provided you enforce the invariants some other way), it is still undefined behavior
1524 /// to have multiple `&mut UnsafeCell<T>` aliases.
1525 ///
1526 /// # Examples
1527 ///
1528 /// ```
1529 /// use std::cell::UnsafeCell;
1530 ///
1531 /// # #[allow(dead_code)]
1532 /// struct NotThreadSafe<T> {
1533 ///     value: UnsafeCell<T>,
1534 /// }
1535 ///
1536 /// unsafe impl<T> Sync for NotThreadSafe<T> {}
1537 /// ```
1538 #[lang = "unsafe_cell"]
1539 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1540 #[repr(transparent)]
1541 #[cfg_attr(not(bootstrap), repr(no_niche))] // rust-lang/rust#68303.
1542 pub struct UnsafeCell<T: ?Sized> {
1543     value: T,
1544 }
1545
1546 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1547 impl<T: ?Sized> !Sync for UnsafeCell<T> {}
1548
1549 impl<T> UnsafeCell<T> {
1550     /// Constructs a new instance of `UnsafeCell` which will wrap the specified
1551     /// value.
1552     ///
1553     /// All access to the inner value through methods is `unsafe`.
1554     ///
1555     /// # Examples
1556     ///
1557     /// ```
1558     /// use std::cell::UnsafeCell;
1559     ///
1560     /// let uc = UnsafeCell::new(5);
1561     /// ```
1562     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1563     #[rustc_const_stable(feature = "const_unsafe_cell_new", since = "1.32.0")]
1564     #[inline]
1565     pub const fn new(value: T) -> UnsafeCell<T> {
1566         UnsafeCell { value }
1567     }
1568
1569     /// Unwraps the value.
1570     ///
1571     /// # Examples
1572     ///
1573     /// ```
1574     /// use std::cell::UnsafeCell;
1575     ///
1576     /// let uc = UnsafeCell::new(5);
1577     ///
1578     /// let five = uc.into_inner();
1579     /// ```
1580     #[inline]
1581     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1582     pub fn into_inner(self) -> T {
1583         self.value
1584     }
1585 }
1586
1587 impl<T: ?Sized> UnsafeCell<T> {
1588     /// Gets a mutable pointer to the wrapped value.
1589     ///
1590     /// This can be cast to a pointer of any kind.
1591     /// Ensure that the access is unique (no active references, mutable or not)
1592     /// when casting to `&mut T`, and ensure that there are no mutations
1593     /// or mutable aliases going on when casting to `&T`
1594     ///
1595     /// # Examples
1596     ///
1597     /// ```
1598     /// use std::cell::UnsafeCell;
1599     ///
1600     /// let uc = UnsafeCell::new(5);
1601     ///
1602     /// let five = uc.get();
1603     /// ```
1604     #[inline]
1605     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1606     #[rustc_const_stable(feature = "const_unsafecell_get", since = "1.32.0")]
1607     pub const fn get(&self) -> *mut T {
1608         // We can just cast the pointer from `UnsafeCell<T>` to `T` because of
1609         // #[repr(transparent)]. This exploits libstd's special status, there is
1610         // no guarantee for user code that this will work in future versions of the compiler!
1611         self as *const UnsafeCell<T> as *const T as *mut T
1612     }
1613
1614     /// Gets a mutable pointer to the wrapped value.
1615     /// The difference to [`get`] is that this function accepts a raw pointer,
1616     /// which is useful to avoid the creation of temporary references.
1617     ///
1618     /// The result can be cast to a pointer of any kind.
1619     /// Ensure that the access is unique (no active references, mutable or not)
1620     /// when casting to `&mut T`, and ensure that there are no mutations
1621     /// or mutable aliases going on when casting to `&T`.
1622     ///
1623     /// [`get`]: #method.get
1624     ///
1625     /// # Examples
1626     ///
1627     /// Gradual initialization of an `UnsafeCell` requires `raw_get`, as
1628     /// calling `get` would require creating a reference to uninitialized data:
1629     ///
1630     /// ```
1631     /// #![feature(unsafe_cell_raw_get)]
1632     /// use std::cell::UnsafeCell;
1633     /// use std::mem::MaybeUninit;
1634     ///
1635     /// let m = MaybeUninit::<UnsafeCell<i32>>::uninit();
1636     /// unsafe { UnsafeCell::raw_get(m.as_ptr()).write(5); }
1637     /// let uc = unsafe { m.assume_init() };
1638     ///
1639     /// assert_eq!(uc.into_inner(), 5);
1640     /// ```
1641     #[inline]
1642     #[unstable(feature = "unsafe_cell_raw_get", issue = "66358")]
1643     pub const fn raw_get(this: *const Self) -> *mut T {
1644         // We can just cast the pointer from `UnsafeCell<T>` to `T` because of
1645         // #[repr(transparent)]. This exploits libstd's special status, there is
1646         // no guarantee for user code that this will work in future versions of the compiler!
1647         this as *const T as *mut T
1648     }
1649 }
1650
1651 #[stable(feature = "unsafe_cell_default", since = "1.10.0")]
1652 impl<T: Default> Default for UnsafeCell<T> {
1653     /// Creates an `UnsafeCell`, with the `Default` value for T.
1654     fn default() -> UnsafeCell<T> {
1655         UnsafeCell::new(Default::default())
1656     }
1657 }
1658
1659 #[stable(feature = "cell_from", since = "1.12.0")]
1660 impl<T> From<T> for UnsafeCell<T> {
1661     fn from(t: T) -> UnsafeCell<T> {
1662         UnsafeCell::new(t)
1663     }
1664 }
1665
1666 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
1667 impl<T: CoerceUnsized<U>, U> CoerceUnsized<UnsafeCell<U>> for UnsafeCell<T> {}
1668
1669 #[allow(unused)]
1670 fn assert_coerce_unsized(a: UnsafeCell<&i32>, b: Cell<&i32>, c: RefCell<&i32>) {
1671     let _: UnsafeCell<&dyn Send> = a;
1672     let _: Cell<&dyn Send> = b;
1673     let _: RefCell<&dyn Send> = c;
1674 }