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[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 // ignore-tidy-undocumented-unsafe
191
192 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
193
194 use crate::cmp::Ordering;
195 use crate::fmt::{self, Debug, Display};
196 use crate::marker::Unsize;
197 use crate::mem;
198 use crate::ops::{Deref, DerefMut, CoerceUnsized};
199 use crate::ptr;
200
201 /// A mutable memory location.
202 ///
203 /// # Examples
204 ///
205 /// In this example, you can see that `Cell<T>` enables mutation inside an
206 /// immutable struct. In other words, it enables "interior mutability".
207 ///
208 /// ```
209 /// use std::cell::Cell;
210 ///
211 /// struct SomeStruct {
212 ///     regular_field: u8,
213 ///     special_field: Cell<u8>,
214 /// }
215 ///
216 /// let my_struct = SomeStruct {
217 ///     regular_field: 0,
218 ///     special_field: Cell::new(1),
219 /// };
220 ///
221 /// let new_value = 100;
222 ///
223 /// // ERROR: `my_struct` is immutable
224 /// // my_struct.regular_field = new_value;
225 ///
226 /// // WORKS: although `my_struct` is immutable, `special_field` is a `Cell`,
227 /// // which can always be mutated
228 /// my_struct.special_field.set(new_value);
229 /// assert_eq!(my_struct.special_field.get(), new_value);
230 /// ```
231 ///
232 /// See the [module-level documentation](index.html) for more.
233 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
234 #[repr(transparent)]
235 pub struct Cell<T: ?Sized> {
236     value: UnsafeCell<T>,
237 }
238
239 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
240 unsafe impl<T: ?Sized> Send for Cell<T> where T: Send {}
241
242 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
243 impl<T: ?Sized> !Sync for Cell<T> {}
244
245 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
246 impl<T:Copy> Clone for Cell<T> {
247     #[inline]
248     fn clone(&self) -> Cell<T> {
249         Cell::new(self.get())
250     }
251 }
252
253 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
254 impl<T: Default> Default for Cell<T> {
255     /// Creates a `Cell<T>`, with the `Default` value for T.
256     #[inline]
257     fn default() -> Cell<T> {
258         Cell::new(Default::default())
259     }
260 }
261
262 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
263 impl<T: PartialEq + Copy> PartialEq for Cell<T> {
264     #[inline]
265     fn eq(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
266         self.get() == other.get()
267     }
268 }
269
270 #[stable(feature = "cell_eq", since = "1.2.0")]
271 impl<T: Eq + Copy> Eq for Cell<T> {}
272
273 #[stable(feature = "cell_ord", since = "1.10.0")]
274 impl<T: PartialOrd + Copy> PartialOrd for Cell<T> {
275     #[inline]
276     fn partial_cmp(&self, other: &Cell<T>) -> Option<Ordering> {
277         self.get().partial_cmp(&other.get())
278     }
279
280     #[inline]
281     fn lt(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
282         self.get() < other.get()
283     }
284
285     #[inline]
286     fn le(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
287         self.get() <= other.get()
288     }
289
290     #[inline]
291     fn gt(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
292         self.get() > other.get()
293     }
294
295     #[inline]
296     fn ge(&self, other: &Cell<T>) -> bool {
297         self.get() >= other.get()
298     }
299 }
300
301 #[stable(feature = "cell_ord", since = "1.10.0")]
302 impl<T: Ord + Copy> Ord for Cell<T> {
303     #[inline]
304     fn cmp(&self, other: &Cell<T>) -> Ordering {
305         self.get().cmp(&other.get())
306     }
307 }
308
309 #[stable(feature = "cell_from", since = "1.12.0")]
310 impl<T> From<T> for Cell<T> {
311     fn from(t: T) -> Cell<T> {
312         Cell::new(t)
313     }
314 }
315
316 impl<T> Cell<T> {
317     /// Creates a new `Cell` containing the given value.
318     ///
319     /// # Examples
320     ///
321     /// ```
322     /// use std::cell::Cell;
323     ///
324     /// let c = Cell::new(5);
325     /// ```
326     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
327     #[inline]
328     pub const fn new(value: T) -> Cell<T> {
329         Cell {
330             value: UnsafeCell::new(value),
331         }
332     }
333
334     /// Sets the contained value.
335     ///
336     /// # Examples
337     ///
338     /// ```
339     /// use std::cell::Cell;
340     ///
341     /// let c = Cell::new(5);
342     ///
343     /// c.set(10);
344     /// ```
345     #[inline]
346     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
347     pub fn set(&self, val: T) {
348         let old = self.replace(val);
349         drop(old);
350     }
351
352     /// Swaps the values of two Cells.
353     /// Difference with `std::mem::swap` is that this function doesn't require `&mut` reference.
354     ///
355     /// # Examples
356     ///
357     /// ```
358     /// use std::cell::Cell;
359     ///
360     /// let c1 = Cell::new(5i32);
361     /// let c2 = Cell::new(10i32);
362     /// c1.swap(&c2);
363     /// assert_eq!(10, c1.get());
364     /// assert_eq!(5, c2.get());
365     /// ```
366     #[inline]
367     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
368     pub fn swap(&self, other: &Self) {
369         if ptr::eq(self, other) {
370             return;
371         }
372         unsafe {
373             ptr::swap(self.value.get(), other.value.get());
374         }
375     }
376
377     /// Replaces the contained value, and returns it.
378     ///
379     /// # Examples
380     ///
381     /// ```
382     /// use std::cell::Cell;
383     ///
384     /// let cell = Cell::new(5);
385     /// assert_eq!(cell.get(), 5);
386     /// assert_eq!(cell.replace(10), 5);
387     /// assert_eq!(cell.get(), 10);
388     /// ```
389     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
390     pub fn replace(&self, val: T) -> T {
391         mem::replace(unsafe { &mut *self.value.get() }, val)
392     }
393
394     /// Unwraps the value.
395     ///
396     /// # Examples
397     ///
398     /// ```
399     /// use std::cell::Cell;
400     ///
401     /// let c = Cell::new(5);
402     /// let five = c.into_inner();
403     ///
404     /// assert_eq!(five, 5);
405     /// ```
406     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
407     pub fn into_inner(self) -> T {
408         self.value.into_inner()
409     }
410 }
411
412 impl<T:Copy> Cell<T> {
413     /// Returns a copy of the contained value.
414     ///
415     /// # Examples
416     ///
417     /// ```
418     /// use std::cell::Cell;
419     ///
420     /// let c = Cell::new(5);
421     ///
422     /// let five = c.get();
423     /// ```
424     #[inline]
425     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
426     pub fn get(&self) -> T {
427         unsafe{ *self.value.get() }
428     }
429
430     /// Updates the contained value using a function and returns the new value.
431     ///
432     /// # Examples
433     ///
434     /// ```
435     /// #![feature(cell_update)]
436     ///
437     /// use std::cell::Cell;
438     ///
439     /// let c = Cell::new(5);
440     /// let new = c.update(|x| x + 1);
441     ///
442     /// assert_eq!(new, 6);
443     /// assert_eq!(c.get(), 6);
444     /// ```
445     #[inline]
446     #[unstable(feature = "cell_update", issue = "50186")]
447     pub fn update<F>(&self, f: F) -> T
448     where
449         F: FnOnce(T) -> T,
450     {
451         let old = self.get();
452         let new = f(old);
453         self.set(new);
454         new
455     }
456 }
457
458 impl<T: ?Sized> Cell<T> {
459     /// Returns a raw pointer to the underlying data in this cell.
460     ///
461     /// # Examples
462     ///
463     /// ```
464     /// use std::cell::Cell;
465     ///
466     /// let c = Cell::new(5);
467     ///
468     /// let ptr = c.as_ptr();
469     /// ```
470     #[inline]
471     #[stable(feature = "cell_as_ptr", since = "1.12.0")]
472     pub const fn as_ptr(&self) -> *mut T {
473         self.value.get()
474     }
475
476     /// Returns a mutable reference to the underlying data.
477     ///
478     /// This call borrows `Cell` mutably (at compile-time) which guarantees
479     /// that we possess the only reference.
480     ///
481     /// # Examples
482     ///
483     /// ```
484     /// use std::cell::Cell;
485     ///
486     /// let mut c = Cell::new(5);
487     /// *c.get_mut() += 1;
488     ///
489     /// assert_eq!(c.get(), 6);
490     /// ```
491     #[inline]
492     #[stable(feature = "cell_get_mut", since = "1.11.0")]
493     pub fn get_mut(&mut self) -> &mut T {
494         unsafe {
495             &mut *self.value.get()
496         }
497     }
498
499     /// Returns a `&Cell<T>` from a `&mut T`
500     ///
501     /// # Examples
502     ///
503     /// ```
504     /// use std::cell::Cell;
505     ///
506     /// let slice: &mut [i32] = &mut [1, 2, 3];
507     /// let cell_slice: &Cell<[i32]> = Cell::from_mut(slice);
508     /// let slice_cell: &[Cell<i32>] = cell_slice.as_slice_of_cells();
509     ///
510     /// assert_eq!(slice_cell.len(), 3);
511     /// ```
512     #[inline]
513     #[stable(feature = "as_cell", since = "1.37.0")]
514     pub fn from_mut(t: &mut T) -> &Cell<T> {
515         unsafe {
516             &*(t as *mut T as *const Cell<T>)
517         }
518     }
519 }
520
521 impl<T: Default> Cell<T> {
522     /// Takes the value of the cell, leaving `Default::default()` in its place.
523     ///
524     /// # Examples
525     ///
526     /// ```
527     /// use std::cell::Cell;
528     ///
529     /// let c = Cell::new(5);
530     /// let five = c.take();
531     ///
532     /// assert_eq!(five, 5);
533     /// assert_eq!(c.into_inner(), 0);
534     /// ```
535     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
536     pub fn take(&self) -> T {
537         self.replace(Default::default())
538     }
539 }
540
541 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
542 impl<T: CoerceUnsized<U>, U> CoerceUnsized<Cell<U>> for Cell<T> {}
543
544 impl<T> Cell<[T]> {
545     /// Returns a `&[Cell<T>]` from a `&Cell<[T]>`
546     ///
547     /// # Examples
548     ///
549     /// ```
550     /// use std::cell::Cell;
551     ///
552     /// let slice: &mut [i32] = &mut [1, 2, 3];
553     /// let cell_slice: &Cell<[i32]> = Cell::from_mut(slice);
554     /// let slice_cell: &[Cell<i32>] = cell_slice.as_slice_of_cells();
555     ///
556     /// assert_eq!(slice_cell.len(), 3);
557     /// ```
558     #[stable(feature = "as_cell", since = "1.37.0")]
559     pub fn as_slice_of_cells(&self) -> &[Cell<T>] {
560         unsafe {
561             &*(self as *const Cell<[T]> as *const [Cell<T>])
562         }
563     }
564 }
565
566 /// A mutable memory location with dynamically checked borrow rules
567 ///
568 /// See the [module-level documentation](index.html) for more.
569 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
570 pub struct RefCell<T: ?Sized> {
571     borrow: Cell<BorrowFlag>,
572     value: UnsafeCell<T>,
573 }
574
575 /// An error returned by [`RefCell::try_borrow`](struct.RefCell.html#method.try_borrow).
576 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
577 pub struct BorrowError {
578     _private: (),
579 }
580
581 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
582 impl Debug for BorrowError {
583     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
584         f.debug_struct("BorrowError").finish()
585     }
586 }
587
588 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
589 impl Display for BorrowError {
590     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
591         Display::fmt("already mutably borrowed", f)
592     }
593 }
594
595 /// An error returned by [`RefCell::try_borrow_mut`](struct.RefCell.html#method.try_borrow_mut).
596 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
597 pub struct BorrowMutError {
598     _private: (),
599 }
600
601 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
602 impl Debug for BorrowMutError {
603     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
604         f.debug_struct("BorrowMutError").finish()
605     }
606 }
607
608 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
609 impl Display for BorrowMutError {
610     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
611         Display::fmt("already borrowed", f)
612     }
613 }
614
615 // Positive values represent the number of `Ref` active. Negative values
616 // represent the number of `RefMut` active. Multiple `RefMut`s can only be
617 // active at a time if they refer to distinct, nonoverlapping components of a
618 // `RefCell` (e.g., different ranges of a slice).
619 //
620 // `Ref` and `RefMut` are both two words in size, and so there will likely never
621 // be enough `Ref`s or `RefMut`s in existence to overflow half of the `usize`
622 // range. Thus, a `BorrowFlag` will probably never overflow or underflow.
623 // However, this is not a guarantee, as a pathological program could repeatedly
624 // create and then mem::forget `Ref`s or `RefMut`s. Thus, all code must
625 // explicitly check for overflow and underflow in order to avoid unsafety, or at
626 // least behave correctly in the event that overflow or underflow happens (e.g.,
627 // see BorrowRef::new).
628 type BorrowFlag = isize;
629 const UNUSED: BorrowFlag = 0;
630
631 #[inline(always)]
632 fn is_writing(x: BorrowFlag) -> bool {
633     x < UNUSED
634 }
635
636 #[inline(always)]
637 fn is_reading(x: BorrowFlag) -> bool {
638     x > UNUSED
639 }
640
641 impl<T> RefCell<T> {
642     /// Creates a new `RefCell` containing `value`.
643     ///
644     /// # Examples
645     ///
646     /// ```
647     /// use std::cell::RefCell;
648     ///
649     /// let c = RefCell::new(5);
650     /// ```
651     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
652     #[inline]
653     pub const fn new(value: T) -> RefCell<T> {
654         RefCell {
655             value: UnsafeCell::new(value),
656             borrow: Cell::new(UNUSED),
657         }
658     }
659
660     /// Consumes the `RefCell`, returning the wrapped value.
661     ///
662     /// # Examples
663     ///
664     /// ```
665     /// use std::cell::RefCell;
666     ///
667     /// let c = RefCell::new(5);
668     ///
669     /// let five = c.into_inner();
670     /// ```
671     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
672     #[inline]
673     pub fn into_inner(self) -> T {
674         // Since this function takes `self` (the `RefCell`) by value, the
675         // compiler statically verifies that it is not currently borrowed.
676         // Therefore the following assertion is just a `debug_assert!`.
677         debug_assert!(self.borrow.get() == UNUSED);
678         self.value.into_inner()
679     }
680
681     /// Replaces the wrapped value with a new one, returning the old value,
682     /// without deinitializing either one.
683     ///
684     /// This function corresponds to [`std::mem::replace`](../mem/fn.replace.html).
685     ///
686     /// # Panics
687     ///
688     /// Panics if the value is currently borrowed.
689     ///
690     /// # Examples
691     ///
692     /// ```
693     /// use std::cell::RefCell;
694     /// let cell = RefCell::new(5);
695     /// let old_value = cell.replace(6);
696     /// assert_eq!(old_value, 5);
697     /// assert_eq!(cell, RefCell::new(6));
698     /// ```
699     #[inline]
700     #[stable(feature = "refcell_replace", since="1.24.0")]
701     pub fn replace(&self, t: T) -> T {
702         mem::replace(&mut *self.borrow_mut(), t)
703     }
704
705     /// Replaces the wrapped value with a new one computed from `f`, returning
706     /// the old value, without deinitializing either one.
707     ///
708     /// # Panics
709     ///
710     /// Panics if the value is currently borrowed.
711     ///
712     /// # Examples
713     ///
714     /// ```
715     /// use std::cell::RefCell;
716     /// let cell = RefCell::new(5);
717     /// let old_value = cell.replace_with(|&mut old| old + 1);
718     /// assert_eq!(old_value, 5);
719     /// assert_eq!(cell, RefCell::new(6));
720     /// ```
721     #[inline]
722     #[stable(feature = "refcell_replace_swap", since="1.35.0")]
723     pub fn replace_with<F: FnOnce(&mut T) -> T>(&self, f: F) -> T {
724         let mut_borrow = &mut *self.borrow_mut();
725         let replacement = f(mut_borrow);
726         mem::replace(mut_borrow, replacement)
727     }
728
729     /// Swaps the wrapped value of `self` with the wrapped value of `other`,
730     /// without deinitializing either one.
731     ///
732     /// This function corresponds to [`std::mem::swap`](../mem/fn.swap.html).
733     ///
734     /// # Panics
735     ///
736     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
737     ///
738     /// # Examples
739     ///
740     /// ```
741     /// use std::cell::RefCell;
742     /// let c = RefCell::new(5);
743     /// let d = RefCell::new(6);
744     /// c.swap(&d);
745     /// assert_eq!(c, RefCell::new(6));
746     /// assert_eq!(d, RefCell::new(5));
747     /// ```
748     #[inline]
749     #[stable(feature = "refcell_swap", since="1.24.0")]
750     pub fn swap(&self, other: &Self) {
751         mem::swap(&mut *self.borrow_mut(), &mut *other.borrow_mut())
752     }
753 }
754
755 impl<T: ?Sized> RefCell<T> {
756     /// Immutably borrows the wrapped value.
757     ///
758     /// The borrow lasts until the returned `Ref` exits scope. Multiple
759     /// immutable borrows can be taken out at the same time.
760     ///
761     /// # Panics
762     ///
763     /// Panics if the value is currently mutably borrowed. For a non-panicking variant, use
764     /// [`try_borrow`](#method.try_borrow).
765     ///
766     /// # Examples
767     ///
768     /// ```
769     /// use std::cell::RefCell;
770     ///
771     /// let c = RefCell::new(5);
772     ///
773     /// let borrowed_five = c.borrow();
774     /// let borrowed_five2 = c.borrow();
775     /// ```
776     ///
777     /// An example of panic:
778     ///
779     /// ```
780     /// use std::cell::RefCell;
781     /// use std::thread;
782     ///
783     /// let result = thread::spawn(move || {
784     ///    let c = RefCell::new(5);
785     ///    let m = c.borrow_mut();
786     ///
787     ///    let b = c.borrow(); // this causes a panic
788     /// }).join();
789     ///
790     /// assert!(result.is_err());
791     /// ```
792     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
793     #[inline]
794     pub fn borrow(&self) -> Ref<'_, T> {
795         self.try_borrow().expect("already mutably borrowed")
796     }
797
798     /// Immutably borrows the wrapped value, returning an error if the value is currently mutably
799     /// borrowed.
800     ///
801     /// The borrow lasts until the returned `Ref` exits scope. Multiple immutable borrows can be
802     /// taken out at the same time.
803     ///
804     /// This is the non-panicking variant of [`borrow`](#method.borrow).
805     ///
806     /// # Examples
807     ///
808     /// ```
809     /// use std::cell::RefCell;
810     ///
811     /// let c = RefCell::new(5);
812     ///
813     /// {
814     ///     let m = c.borrow_mut();
815     ///     assert!(c.try_borrow().is_err());
816     /// }
817     ///
818     /// {
819     ///     let m = c.borrow();
820     ///     assert!(c.try_borrow().is_ok());
821     /// }
822     /// ```
823     #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
824     #[inline]
825     pub fn try_borrow(&self) -> Result<Ref<'_, T>, BorrowError> {
826         match BorrowRef::new(&self.borrow) {
827             Some(b) => Ok(Ref {
828                 value: unsafe { &*self.value.get() },
829                 borrow: b,
830             }),
831             None => Err(BorrowError { _private: () }),
832         }
833     }
834
835     /// Mutably borrows the wrapped value.
836     ///
837     /// The borrow lasts until the returned `RefMut` or all `RefMut`s derived
838     /// from it exit scope. The value cannot be borrowed while this borrow is
839     /// active.
840     ///
841     /// # Panics
842     ///
843     /// Panics if the value is currently borrowed. For a non-panicking variant, use
844     /// [`try_borrow_mut`](#method.try_borrow_mut).
845     ///
846     /// # Examples
847     ///
848     /// ```
849     /// use std::cell::RefCell;
850     ///
851     /// let c = RefCell::new(5);
852     ///
853     /// *c.borrow_mut() = 7;
854     ///
855     /// assert_eq!(*c.borrow(), 7);
856     /// ```
857     ///
858     /// An example of panic:
859     ///
860     /// ```
861     /// use std::cell::RefCell;
862     /// use std::thread;
863     ///
864     /// let result = thread::spawn(move || {
865     ///    let c = RefCell::new(5);
866     ///    let m = c.borrow();
867     ///
868     ///    let b = c.borrow_mut(); // this causes a panic
869     /// }).join();
870     ///
871     /// assert!(result.is_err());
872     /// ```
873     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
874     #[inline]
875     pub fn borrow_mut(&self) -> RefMut<'_, T> {
876         self.try_borrow_mut().expect("already borrowed")
877     }
878
879     /// Mutably borrows the wrapped value, returning an error if the value is currently borrowed.
880     ///
881     /// The borrow lasts until the returned `RefMut` or all `RefMut`s derived
882     /// from it exit scope. The value cannot be borrowed while this borrow is
883     /// active.
884     ///
885     /// This is the non-panicking variant of [`borrow_mut`](#method.borrow_mut).
886     ///
887     /// # Examples
888     ///
889     /// ```
890     /// use std::cell::RefCell;
891     ///
892     /// let c = RefCell::new(5);
893     ///
894     /// {
895     ///     let m = c.borrow();
896     ///     assert!(c.try_borrow_mut().is_err());
897     /// }
898     ///
899     /// assert!(c.try_borrow_mut().is_ok());
900     /// ```
901     #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
902     #[inline]
903     pub fn try_borrow_mut(&self) -> Result<RefMut<'_, T>, BorrowMutError> {
904         match BorrowRefMut::new(&self.borrow) {
905             Some(b) => Ok(RefMut {
906                 value: unsafe { &mut *self.value.get() },
907                 borrow: b,
908             }),
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         unsafe {
958             &mut *self.value.get()
959         }
960     }
961
962     /// Immutably borrows the wrapped value, returning an error if the value is
963     /// currently mutably borrowed.
964     ///
965     /// # Safety
966     ///
967     /// Unlike `RefCell::borrow`, this method is unsafe because it does not
968     /// return a `Ref`, thus leaving the borrow flag untouched. Mutably
969     /// borrowing the `RefCell` while the reference returned by this method
970     /// is alive is undefined behaviour.
971     ///
972     /// # Examples
973     ///
974     /// ```
975     /// use std::cell::RefCell;
976     ///
977     /// let c = RefCell::new(5);
978     ///
979     /// {
980     ///     let m = c.borrow_mut();
981     ///     assert!(unsafe { c.try_borrow_unguarded() }.is_err());
982     /// }
983     ///
984     /// {
985     ///     let m = c.borrow();
986     ///     assert!(unsafe { c.try_borrow_unguarded() }.is_ok());
987     /// }
988     /// ```
989     #[stable(feature = "borrow_state", since = "1.37.0")]
990     #[inline]
991     pub unsafe fn try_borrow_unguarded(&self) -> Result<&T, BorrowError> {
992         if !is_writing(self.borrow.get()) {
993             Ok(&*self.value.get())
994         } else {
995             Err(BorrowError { _private: () })
996         }
997     }
998 }
999
1000 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1001 unsafe impl<T: ?Sized> Send for RefCell<T> where T: Send {}
1002
1003 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1004 impl<T: ?Sized> !Sync for RefCell<T> {}
1005
1006 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1007 impl<T: Clone> Clone for RefCell<T> {
1008     /// # Panics
1009     ///
1010     /// Panics if the value is currently mutably borrowed.
1011     #[inline]
1012     fn clone(&self) -> RefCell<T> {
1013         RefCell::new(self.borrow().clone())
1014     }
1015 }
1016
1017 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1018 impl<T: Default> Default for RefCell<T> {
1019     /// Creates a `RefCell<T>`, with the `Default` value for T.
1020     #[inline]
1021     fn default() -> RefCell<T> {
1022         RefCell::new(Default::default())
1023     }
1024 }
1025
1026 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1027 impl<T: ?Sized + PartialEq> PartialEq for RefCell<T> {
1028     /// # Panics
1029     ///
1030     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1031     #[inline]
1032     fn eq(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1033         *self.borrow() == *other.borrow()
1034     }
1035 }
1036
1037 #[stable(feature = "cell_eq", since = "1.2.0")]
1038 impl<T: ?Sized + Eq> Eq for RefCell<T> {}
1039
1040 #[stable(feature = "cell_ord", since = "1.10.0")]
1041 impl<T: ?Sized + PartialOrd> PartialOrd for RefCell<T> {
1042     /// # Panics
1043     ///
1044     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1045     #[inline]
1046     fn partial_cmp(&self, other: &RefCell<T>) -> Option<Ordering> {
1047         self.borrow().partial_cmp(&*other.borrow())
1048     }
1049
1050     /// # Panics
1051     ///
1052     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1053     #[inline]
1054     fn lt(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1055         *self.borrow() < *other.borrow()
1056     }
1057
1058     /// # Panics
1059     ///
1060     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1061     #[inline]
1062     fn le(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1063         *self.borrow() <= *other.borrow()
1064     }
1065
1066     /// # Panics
1067     ///
1068     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1069     #[inline]
1070     fn gt(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1071         *self.borrow() > *other.borrow()
1072     }
1073
1074     /// # Panics
1075     ///
1076     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1077     #[inline]
1078     fn ge(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1079         *self.borrow() >= *other.borrow()
1080     }
1081 }
1082
1083 #[stable(feature = "cell_ord", since = "1.10.0")]
1084 impl<T: ?Sized + Ord> Ord for RefCell<T> {
1085     /// # Panics
1086     ///
1087     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1088     #[inline]
1089     fn cmp(&self, other: &RefCell<T>) -> Ordering {
1090         self.borrow().cmp(&*other.borrow())
1091     }
1092 }
1093
1094 #[stable(feature = "cell_from", since = "1.12.0")]
1095 impl<T> From<T> for RefCell<T> {
1096     fn from(t: T) -> RefCell<T> {
1097         RefCell::new(t)
1098     }
1099 }
1100
1101 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
1102 impl<T: CoerceUnsized<U>, U> CoerceUnsized<RefCell<U>> for RefCell<T> {}
1103
1104 struct BorrowRef<'b> {
1105     borrow: &'b Cell<BorrowFlag>,
1106 }
1107
1108 impl<'b> BorrowRef<'b> {
1109     #[inline]
1110     fn new(borrow: &'b Cell<BorrowFlag>) -> Option<BorrowRef<'b>> {
1111         let b = borrow.get().wrapping_add(1);
1112         if !is_reading(b) {
1113             // Incrementing borrow can result in a non-reading value (<= 0) in these cases:
1114             // 1. It was < 0, i.e. there are writing borrows, so we can't allow a read borrow
1115             //    due to Rust's reference aliasing rules
1116             // 2. It was isize::max_value() (the max amount of reading borrows) and it overflowed
1117             //    into isize::min_value() (the max amount of writing borrows) so we can't allow
1118             //    an additional read borrow because isize can't represent so many read borrows
1119             //    (this can only happen if you mem::forget more than a small constant amount of
1120             //    `Ref`s, which is not good practice)
1121             None
1122         } else {
1123             // Incrementing borrow can result in a reading value (> 0) in these cases:
1124             // 1. It was = 0, i.e. it wasn't borrowed, and we are taking the first read borrow
1125             // 2. It was > 0 and < isize::max_value(), i.e. there were read borrows, and isize
1126             //    is large enough to represent having one more read borrow
1127             borrow.set(b);
1128             Some(BorrowRef { borrow })
1129         }
1130     }
1131 }
1132
1133 impl Drop for BorrowRef<'_> {
1134     #[inline]
1135     fn drop(&mut self) {
1136         let borrow = self.borrow.get();
1137         debug_assert!(is_reading(borrow));
1138         self.borrow.set(borrow - 1);
1139     }
1140 }
1141
1142 impl Clone for BorrowRef<'_> {
1143     #[inline]
1144     fn clone(&self) -> Self {
1145         // Since this Ref exists, we know the borrow flag
1146         // is a reading borrow.
1147         let borrow = self.borrow.get();
1148         debug_assert!(is_reading(borrow));
1149         // Prevent the borrow counter from overflowing into
1150         // a writing borrow.
1151         assert!(borrow != isize::max_value());
1152         self.borrow.set(borrow + 1);
1153         BorrowRef { borrow: self.borrow }
1154     }
1155 }
1156
1157 /// Wraps a borrowed reference to a value in a `RefCell` box.
1158 /// A wrapper type for an immutably borrowed value from a `RefCell<T>`.
1159 ///
1160 /// See the [module-level documentation](index.html) for more.
1161 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1162 pub struct Ref<'b, T: ?Sized + 'b> {
1163     value: &'b T,
1164     borrow: BorrowRef<'b>,
1165 }
1166
1167 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1168 impl<T: ?Sized> Deref for Ref<'_, T> {
1169     type Target = T;
1170
1171     #[inline]
1172     fn deref(&self) -> &T {
1173         self.value
1174     }
1175 }
1176
1177 impl<'b, T: ?Sized> Ref<'b, T> {
1178     /// Copies a `Ref`.
1179     ///
1180     /// The `RefCell` is already immutably borrowed, so this cannot fail.
1181     ///
1182     /// This is an associated function that needs to be used as
1183     /// `Ref::clone(...)`. A `Clone` implementation or a method would interfere
1184     /// with the widespread use of `r.borrow().clone()` to clone the contents of
1185     /// a `RefCell`.
1186     #[stable(feature = "cell_extras", since = "1.15.0")]
1187     #[inline]
1188     pub fn clone(orig: &Ref<'b, T>) -> Ref<'b, T> {
1189         Ref {
1190             value: orig.value,
1191             borrow: orig.borrow.clone(),
1192         }
1193     }
1194
1195     /// Makes a new `Ref` for a component of the borrowed data.
1196     ///
1197     /// The `RefCell` is already immutably borrowed, so this cannot fail.
1198     ///
1199     /// This is an associated function that needs to be used as `Ref::map(...)`.
1200     /// A method would interfere with methods of the same name on the contents
1201     /// of a `RefCell` used through `Deref`.
1202     ///
1203     /// # Examples
1204     ///
1205     /// ```
1206     /// use std::cell::{RefCell, Ref};
1207     ///
1208     /// let c = RefCell::new((5, 'b'));
1209     /// let b1: Ref<(u32, char)> = c.borrow();
1210     /// let b2: Ref<u32> = Ref::map(b1, |t| &t.0);
1211     /// assert_eq!(*b2, 5)
1212     /// ```
1213     #[stable(feature = "cell_map", since = "1.8.0")]
1214     #[inline]
1215     pub fn map<U: ?Sized, F>(orig: Ref<'b, T>, f: F) -> Ref<'b, U>
1216         where F: FnOnce(&T) -> &U
1217     {
1218         Ref {
1219             value: f(orig.value),
1220             borrow: orig.borrow,
1221         }
1222     }
1223
1224     /// Splits a `Ref` into multiple `Ref`s for different components of the
1225     /// borrowed data.
1226     ///
1227     /// The `RefCell` is already immutably borrowed, so this cannot fail.
1228     ///
1229     /// This is an associated function that needs to be used as
1230     /// `Ref::map_split(...)`. A method would interfere with methods of the same
1231     /// name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1232     ///
1233     /// # Examples
1234     ///
1235     /// ```
1236     /// use std::cell::{Ref, RefCell};
1237     ///
1238     /// let cell = RefCell::new([1, 2, 3, 4]);
1239     /// let borrow = cell.borrow();
1240     /// let (begin, end) = Ref::map_split(borrow, |slice| slice.split_at(2));
1241     /// assert_eq!(*begin, [1, 2]);
1242     /// assert_eq!(*end, [3, 4]);
1243     /// ```
1244     #[stable(feature = "refcell_map_split", since = "1.35.0")]
1245     #[inline]
1246     pub fn map_split<U: ?Sized, V: ?Sized, F>(orig: Ref<'b, T>, f: F) -> (Ref<'b, U>, Ref<'b, V>)
1247         where F: FnOnce(&T) -> (&U, &V)
1248     {
1249         let (a, b) = f(orig.value);
1250         let borrow = orig.borrow.clone();
1251         (Ref { value: a, borrow }, Ref { value: b, borrow: orig.borrow })
1252     }
1253 }
1254
1255 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
1256 impl<'b, T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Ref<'b, U>> for Ref<'b, T> {}
1257
1258 #[stable(feature = "std_guard_impls", since = "1.20.0")]
1259 impl<T: ?Sized + fmt::Display> fmt::Display for Ref<'_, T> {
1260     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1261         self.value.fmt(f)
1262     }
1263 }
1264
1265 impl<'b, T: ?Sized> RefMut<'b, T> {
1266     /// Makes a new `RefMut` for a component of the borrowed data, e.g., an enum
1267     /// variant.
1268     ///
1269     /// The `RefCell` is already mutably borrowed, so this cannot fail.
1270     ///
1271     /// This is an associated function that needs to be used as
1272     /// `RefMut::map(...)`. A method would interfere with methods of the same
1273     /// name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1274     ///
1275     /// # Examples
1276     ///
1277     /// ```
1278     /// use std::cell::{RefCell, RefMut};
1279     ///
1280     /// let c = RefCell::new((5, 'b'));
1281     /// {
1282     ///     let b1: RefMut<(u32, char)> = c.borrow_mut();
1283     ///     let mut b2: RefMut<u32> = RefMut::map(b1, |t| &mut t.0);
1284     ///     assert_eq!(*b2, 5);
1285     ///     *b2 = 42;
1286     /// }
1287     /// assert_eq!(*c.borrow(), (42, 'b'));
1288     /// ```
1289     #[stable(feature = "cell_map", since = "1.8.0")]
1290     #[inline]
1291     pub fn map<U: ?Sized, F>(orig: RefMut<'b, T>, f: F) -> RefMut<'b, U>
1292         where F: FnOnce(&mut T) -> &mut U
1293     {
1294         // FIXME(nll-rfc#40): fix borrow-check
1295         let RefMut { value, borrow } = orig;
1296         RefMut {
1297             value: f(value),
1298             borrow,
1299         }
1300     }
1301
1302     /// Splits a `RefMut` into multiple `RefMut`s for different components of the
1303     /// borrowed data.
1304     ///
1305     /// The underlying `RefCell` will remain mutably borrowed until both
1306     /// returned `RefMut`s go out of scope.
1307     ///
1308     /// The `RefCell` is already mutably borrowed, so this cannot fail.
1309     ///
1310     /// This is an associated function that needs to be used as
1311     /// `RefMut::map_split(...)`. A method would interfere with methods of the
1312     /// same name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1313     ///
1314     /// # Examples
1315     ///
1316     /// ```
1317     /// use std::cell::{RefCell, RefMut};
1318     ///
1319     /// let cell = RefCell::new([1, 2, 3, 4]);
1320     /// let borrow = cell.borrow_mut();
1321     /// let (mut begin, mut end) = RefMut::map_split(borrow, |slice| slice.split_at_mut(2));
1322     /// assert_eq!(*begin, [1, 2]);
1323     /// assert_eq!(*end, [3, 4]);
1324     /// begin.copy_from_slice(&[4, 3]);
1325     /// end.copy_from_slice(&[2, 1]);
1326     /// ```
1327     #[stable(feature = "refcell_map_split", since = "1.35.0")]
1328     #[inline]
1329     pub fn map_split<U: ?Sized, V: ?Sized, F>(
1330         orig: RefMut<'b, T>, f: F
1331     ) -> (RefMut<'b, U>, RefMut<'b, V>)
1332         where F: FnOnce(&mut T) -> (&mut U, &mut V)
1333     {
1334         let (a, b) = f(orig.value);
1335         let borrow = orig.borrow.clone();
1336         (RefMut { value: a, borrow }, RefMut { value: b, borrow: orig.borrow })
1337     }
1338 }
1339
1340 struct BorrowRefMut<'b> {
1341     borrow: &'b Cell<BorrowFlag>,
1342 }
1343
1344 impl Drop for BorrowRefMut<'_> {
1345     #[inline]
1346     fn drop(&mut self) {
1347         let borrow = self.borrow.get();
1348         debug_assert!(is_writing(borrow));
1349         self.borrow.set(borrow + 1);
1350     }
1351 }
1352
1353 impl<'b> BorrowRefMut<'b> {
1354     #[inline]
1355     fn new(borrow: &'b Cell<BorrowFlag>) -> Option<BorrowRefMut<'b>> {
1356         // NOTE: Unlike BorrowRefMut::clone, new is called to create the initial
1357         // mutable reference, and so there must currently be no existing
1358         // references. Thus, while clone increments the mutable refcount, here
1359         // we explicitly only allow going from UNUSED to UNUSED - 1.
1360         match borrow.get() {
1361             UNUSED => {
1362                 borrow.set(UNUSED - 1);
1363                 Some(BorrowRefMut { borrow })
1364             },
1365             _ => None,
1366         }
1367     }
1368
1369     // Clones a `BorrowRefMut`.
1370     //
1371     // This is only valid if each `BorrowRefMut` is used to track a mutable
1372     // reference to a distinct, nonoverlapping range of the original object.
1373     // This isn't in a Clone impl so that code doesn't call this implicitly.
1374     #[inline]
1375     fn clone(&self) -> BorrowRefMut<'b> {
1376         let borrow = self.borrow.get();
1377         debug_assert!(is_writing(borrow));
1378         // Prevent the borrow counter from underflowing.
1379         assert!(borrow != isize::min_value());
1380         self.borrow.set(borrow - 1);
1381         BorrowRefMut { borrow: self.borrow }
1382     }
1383 }
1384
1385 /// A wrapper type for a mutably borrowed value from a `RefCell<T>`.
1386 ///
1387 /// See the [module-level documentation](index.html) for more.
1388 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1389 pub struct RefMut<'b, T: ?Sized + 'b> {
1390     value: &'b mut T,
1391     borrow: BorrowRefMut<'b>,
1392 }
1393
1394 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1395 impl<T: ?Sized> Deref for RefMut<'_, T> {
1396     type Target = T;
1397
1398     #[inline]
1399     fn deref(&self) -> &T {
1400         self.value
1401     }
1402 }
1403
1404 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1405 impl<T: ?Sized> DerefMut for RefMut<'_, T> {
1406     #[inline]
1407     fn deref_mut(&mut self) -> &mut T {
1408         self.value
1409     }
1410 }
1411
1412 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
1413 impl<'b, T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<RefMut<'b, U>> for RefMut<'b, T> {}
1414
1415 #[stable(feature = "std_guard_impls", since = "1.20.0")]
1416 impl<T: ?Sized + fmt::Display> fmt::Display for RefMut<'_, T> {
1417     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1418         self.value.fmt(f)
1419     }
1420 }
1421
1422 /// The core primitive for interior mutability in Rust.
1423 ///
1424 /// `UnsafeCell<T>` is a type that wraps some `T` and indicates unsafe interior operations on the
1425 /// wrapped type. Types with an `UnsafeCell<T>` field are considered to have an 'unsafe interior'.
1426 /// The `UnsafeCell<T>` type is the only legal way to obtain aliasable data that is considered
1427 /// mutable. In general, transmuting an `&T` type into an `&mut T` is considered undefined behavior.
1428 ///
1429 /// If you have a reference `&SomeStruct`, then normally in Rust all fields of `SomeStruct` are
1430 /// immutable. The compiler makes optimizations based on the knowledge that `&T` is not mutably
1431 /// aliased or mutated, and that `&mut T` is unique. `UnsafeCell<T>` is the only core language
1432 /// feature to work around the restriction that `&T` may not be mutated. All other types that
1433 /// allow internal mutability, such as `Cell<T>` and `RefCell<T>`, use `UnsafeCell` to wrap their
1434 /// internal data. There is *no* legal way to obtain aliasing `&mut`, not even with `UnsafeCell<T>`.
1435 ///
1436 /// The `UnsafeCell` API itself is technically very simple: it gives you a raw pointer `*mut T` to
1437 /// its contents. It is up to _you_ as the abstraction designer to use that raw pointer correctly.
1438 ///
1439 /// The precise Rust aliasing rules are somewhat in flux, but the main points are not contentious:
1440 ///
1441 /// - If you create a safe reference with lifetime `'a` (either a `&T` or `&mut T`
1442 /// reference) that is accessible by safe code (for example, because you returned it),
1443 /// then you must not access the data in any way that contradicts that reference for the
1444 /// remainder of `'a`. For example, this means that if you take the `*mut T` from an
1445 /// `UnsafeCell<T>` and cast it to an `&T`, then the data in `T` must remain immutable
1446 /// (modulo any `UnsafeCell` data found within `T`, of course) until that reference's
1447 /// lifetime expires. Similarly, if you create a `&mut T` reference that is released to
1448 /// safe code, then you must not access the data within the `UnsafeCell` until that
1449 /// reference expires.
1450 ///
1451 /// - At all times, you must avoid data races. If multiple threads have access to
1452 /// the same `UnsafeCell`, then any writes must have a proper happens-before relation to all other
1453 /// accesses (or use atomics).
1454 ///
1455 /// To assist with proper design, the following scenarios are explicitly declared legal
1456 /// for single-threaded code:
1457 ///
1458 /// 1. A `&T` reference can be released to safe code and there it can co-exist with other `&T`
1459 /// references, but not with a `&mut T`
1460 ///
1461 /// 2. A `&mut T` reference may be released to safe code provided neither other `&mut T` nor `&T`
1462 /// co-exist with it. A `&mut T` must always be unique.
1463 ///
1464 /// Note that while mutating or mutably aliasing the contents of an `&UnsafeCell<T>` is
1465 /// ok (provided you enforce the invariants some other way), it is still undefined behavior
1466 /// to have multiple `&mut UnsafeCell<T>` aliases.
1467 ///
1468 /// # Examples
1469 ///
1470 /// ```
1471 /// use std::cell::UnsafeCell;
1472 ///
1473 /// # #[allow(dead_code)]
1474 /// struct NotThreadSafe<T> {
1475 ///     value: UnsafeCell<T>,
1476 /// }
1477 ///
1478 /// unsafe impl<T> Sync for NotThreadSafe<T> {}
1479 /// ```
1480 #[lang = "unsafe_cell"]
1481 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1482 #[repr(transparent)]
1483 pub struct UnsafeCell<T: ?Sized> {
1484     value: T,
1485 }
1486
1487 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1488 impl<T: ?Sized> !Sync for UnsafeCell<T> {}
1489
1490 impl<T> UnsafeCell<T> {
1491     /// Constructs a new instance of `UnsafeCell` which will wrap the specified
1492     /// value.
1493     ///
1494     /// All access to the inner value through methods is `unsafe`.
1495     ///
1496     /// # Examples
1497     ///
1498     /// ```
1499     /// use std::cell::UnsafeCell;
1500     ///
1501     /// let uc = UnsafeCell::new(5);
1502     /// ```
1503     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1504     #[inline]
1505     pub const fn new(value: T) -> UnsafeCell<T> {
1506         UnsafeCell { value }
1507     }
1508
1509     /// Unwraps the value.
1510     ///
1511     /// # Examples
1512     ///
1513     /// ```
1514     /// use std::cell::UnsafeCell;
1515     ///
1516     /// let uc = UnsafeCell::new(5);
1517     ///
1518     /// let five = uc.into_inner();
1519     /// ```
1520     #[inline]
1521     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1522     pub fn into_inner(self) -> T {
1523         self.value
1524     }
1525 }
1526
1527 impl<T: ?Sized> UnsafeCell<T> {
1528     /// Gets a mutable pointer to the wrapped value.
1529     ///
1530     /// This can be cast to a pointer of any kind.
1531     /// Ensure that the access is unique (no active references, mutable or not)
1532     /// when casting to `&mut T`, and ensure that there are no mutations
1533     /// or mutable aliases going on when casting to `&T`
1534     ///
1535     /// # Examples
1536     ///
1537     /// ```
1538     /// use std::cell::UnsafeCell;
1539     ///
1540     /// let uc = UnsafeCell::new(5);
1541     ///
1542     /// let five = uc.get();
1543     /// ```
1544     #[inline]
1545     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1546     pub const fn get(&self) -> *mut T {
1547         // We can just cast the pointer from `UnsafeCell<T>` to `T` because of
1548         // #[repr(transparent)]
1549         self as *const UnsafeCell<T> as *const T as *mut T
1550     }
1551
1552     /// Gets a mutable pointer to the wrapped value.
1553     ///
1554     /// This can be cast to a pointer of any kind.
1555     /// Ensure that the access is unique (no active references, mutable or not)
1556     /// when casting to `&mut T`, and ensure that there are no mutations
1557     /// or mutable aliases going on when casting to `&T`.
1558     ///
1559     /// # Examples
1560     ///
1561     /// Gradual initialization of an `UnsafeCell`:
1562     ///
1563     /// ```
1564     /// #![feature(unsafe_cell_raw_get)]
1565     /// use std::cell::UnsafeCell;
1566     /// use std::mem::MaybeUninit;
1567     ///
1568     /// let m = MaybeUninit::<UnsafeCell<i32>>::uninit();
1569     /// unsafe { m.as_ptr().raw_get().write(5); }
1570     /// let uc = unsafe { m.assume_init() };
1571     ///
1572     /// assert_eq!(uc.into_inner(), 5);
1573     /// ```
1574     #[inline]
1575     #[unstable(feature = "unsafe_cell_raw_get", issue = "0")]
1576     pub const fn raw_get(self: *const Self) -> *mut T {
1577         // We can just cast the pointer from `UnsafeCell<T>` to `T` because of
1578         // #[repr(transparent)]
1579         self as *const T as *mut T
1580     }
1581 }
1582
1583 #[stable(feature = "unsafe_cell_default", since = "1.10.0")]
1584 impl<T: Default> Default for UnsafeCell<T> {
1585     /// Creates an `UnsafeCell`, with the `Default` value for T.
1586     fn default() -> UnsafeCell<T> {
1587         UnsafeCell::new(Default::default())
1588     }
1589 }
1590
1591 #[stable(feature = "cell_from", since = "1.12.0")]
1592 impl<T> From<T> for UnsafeCell<T> {
1593     fn from(t: T) -> UnsafeCell<T> {
1594         UnsafeCell::new(t)
1595     }
1596 }
1597
1598 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
1599 impl<T: CoerceUnsized<U>, U> CoerceUnsized<UnsafeCell<U>> for UnsafeCell<T> {}
1600
1601 #[allow(unused)]
1602 fn assert_coerce_unsized(a: UnsafeCell<&i32>, b: Cell<&i32>, c: RefCell<&i32>) {
1603     let _: UnsafeCell<&dyn Send> = a;
1604     let _: Cell<&dyn Send> = b;
1605     let _: RefCell<&dyn Send> = c;
1606 }