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Document unsafe blocks in core::{cell, str, sync}
[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: not threadsafe, but it's OK since we know `Cell` isn't threadsafe
370         unsafe {
371             ptr::swap(self.value.get(), other.value.get());
372         }
373     }
374
375     /// Replaces the contained value, and returns it.
376     ///
377     /// # Examples
378     ///
379     /// ```
380     /// use std::cell::Cell;
381     ///
382     /// let cell = Cell::new(5);
383     /// assert_eq!(cell.get(), 5);
384     /// assert_eq!(cell.replace(10), 5);
385     /// assert_eq!(cell.get(), 10);
386     /// ```
387     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
388     pub fn replace(&self, val: T) -> T {
389         // SAFETY: not threadsafe, but it's OK since we know `Cell` isn't threadsafe
390         mem::replace(unsafe { &mut *self.value.get() }, val)
391     }
392
393     /// Unwraps the value.
394     ///
395     /// # Examples
396     ///
397     /// ```
398     /// use std::cell::Cell;
399     ///
400     /// let c = Cell::new(5);
401     /// let five = c.into_inner();
402     ///
403     /// assert_eq!(five, 5);
404     /// ```
405     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
406     pub fn into_inner(self) -> T {
407         self.value.into_inner()
408     }
409 }
410
411 impl<T: Copy> Cell<T> {
412     /// Returns a copy of the contained value.
413     ///
414     /// # Examples
415     ///
416     /// ```
417     /// use std::cell::Cell;
418     ///
419     /// let c = Cell::new(5);
420     ///
421     /// let five = c.get();
422     /// ```
423     #[inline]
424     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
425     pub fn get(&self) -> T {
426         // SAFETY: not threadsafe, but it's OK since we know `Cell` isn't threadsafe
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     #[rustc_const_stable(feature = "const_cell_as_ptr", since = "1.32.0")]
473     pub const fn as_ptr(&self) -> *mut T {
474         self.value.get()
475     }
476
477     /// Returns a mutable reference to the underlying data.
478     ///
479     /// This call borrows `Cell` mutably (at compile-time) which guarantees
480     /// that we possess the only reference.
481     ///
482     /// # Examples
483     ///
484     /// ```
485     /// use std::cell::Cell;
486     ///
487     /// let mut c = Cell::new(5);
488     /// *c.get_mut() += 1;
489     ///
490     /// assert_eq!(c.get(), 6);
491     /// ```
492     #[inline]
493     #[stable(feature = "cell_get_mut", since = "1.11.0")]
494     pub fn get_mut(&mut self) -> &mut T {
495         // SAFETY: not threadsafe, but it's OK since we know `Cell` isn't threadsafe
496         unsafe { &mut *self.value.get() }
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         // SAFETY: `&mut` ensures unique access
516         unsafe { &*(t as *mut T as *const Cell<T>) }
517     }
518 }
519
520 impl<T: Default> Cell<T> {
521     /// Takes the value of the cell, leaving `Default::default()` in its place.
522     ///
523     /// # Examples
524     ///
525     /// ```
526     /// use std::cell::Cell;
527     ///
528     /// let c = Cell::new(5);
529     /// let five = c.take();
530     ///
531     /// assert_eq!(five, 5);
532     /// assert_eq!(c.into_inner(), 0);
533     /// ```
534     #[stable(feature = "move_cell", since = "1.17.0")]
535     pub fn take(&self) -> T {
536         self.replace(Default::default())
537     }
538 }
539
540 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
541 impl<T: CoerceUnsized<U>, U> CoerceUnsized<Cell<U>> for Cell<T> {}
542
543 impl<T> Cell<[T]> {
544     /// Returns a `&[Cell<T>]` from a `&Cell<[T]>`
545     ///
546     /// # Examples
547     ///
548     /// ```
549     /// use std::cell::Cell;
550     ///
551     /// let slice: &mut [i32] = &mut [1, 2, 3];
552     /// let cell_slice: &Cell<[i32]> = Cell::from_mut(slice);
553     /// let slice_cell: &[Cell<i32>] = cell_slice.as_slice_of_cells();
554     ///
555     /// assert_eq!(slice_cell.len(), 3);
556     /// ```
557     #[stable(feature = "as_cell", since = "1.37.0")]
558     pub fn as_slice_of_cells(&self) -> &[Cell<T>] {
559         // SAFETY: `Cell<T>` has the same memory layout as `T`
560         unsafe { &*(self as *const Cell<[T]> as *const [Cell<T>]) }
561     }
562 }
563
564 /// A mutable memory location with dynamically checked borrow rules
565 ///
566 /// See the [module-level documentation](index.html) for more.
567 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
568 pub struct RefCell<T: ?Sized> {
569     borrow: Cell<BorrowFlag>,
570     value: UnsafeCell<T>,
571 }
572
573 /// An error returned by [`RefCell::try_borrow`](struct.RefCell.html#method.try_borrow).
574 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
575 pub struct BorrowError {
576     _private: (),
577 }
578
579 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
580 impl Debug for BorrowError {
581     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
582         f.debug_struct("BorrowError").finish()
583     }
584 }
585
586 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
587 impl Display for BorrowError {
588     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
589         Display::fmt("already mutably borrowed", f)
590     }
591 }
592
593 /// An error returned by [`RefCell::try_borrow_mut`](struct.RefCell.html#method.try_borrow_mut).
594 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
595 pub struct BorrowMutError {
596     _private: (),
597 }
598
599 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
600 impl Debug for BorrowMutError {
601     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
602         f.debug_struct("BorrowMutError").finish()
603     }
604 }
605
606 #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
607 impl Display for BorrowMutError {
608     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
609         Display::fmt("already borrowed", f)
610     }
611 }
612
613 // Positive values represent the number of `Ref` active. Negative values
614 // represent the number of `RefMut` active. Multiple `RefMut`s can only be
615 // active at a time if they refer to distinct, nonoverlapping components of a
616 // `RefCell` (e.g., different ranges of a slice).
617 //
618 // `Ref` and `RefMut` are both two words in size, and so there will likely never
619 // be enough `Ref`s or `RefMut`s in existence to overflow half of the `usize`
620 // range. Thus, a `BorrowFlag` will probably never overflow or underflow.
621 // However, this is not a guarantee, as a pathological program could repeatedly
622 // create and then mem::forget `Ref`s or `RefMut`s. Thus, all code must
623 // explicitly check for overflow and underflow in order to avoid unsafety, or at
624 // least behave correctly in the event that overflow or underflow happens (e.g.,
625 // see BorrowRef::new).
626 type BorrowFlag = isize;
627 const UNUSED: BorrowFlag = 0;
628
629 #[inline(always)]
630 fn is_writing(x: BorrowFlag) -> bool {
631     x < UNUSED
632 }
633
634 #[inline(always)]
635 fn is_reading(x: BorrowFlag) -> bool {
636     x > UNUSED
637 }
638
639 impl<T> RefCell<T> {
640     /// Creates a new `RefCell` containing `value`.
641     ///
642     /// # Examples
643     ///
644     /// ```
645     /// use std::cell::RefCell;
646     ///
647     /// let c = RefCell::new(5);
648     /// ```
649     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
650     #[rustc_const_stable(feature = "const_refcell_new", since = "1.32.0")]
651     #[inline]
652     pub const fn new(value: T) -> RefCell<T> {
653         RefCell { value: UnsafeCell::new(value), borrow: Cell::new(UNUSED) }
654     }
655
656     /// Consumes the `RefCell`, returning the wrapped value.
657     ///
658     /// # Examples
659     ///
660     /// ```
661     /// use std::cell::RefCell;
662     ///
663     /// let c = RefCell::new(5);
664     ///
665     /// let five = c.into_inner();
666     /// ```
667     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
668     #[inline]
669     pub fn into_inner(self) -> T {
670         // Since this function takes `self` (the `RefCell`) by value, the
671         // compiler statically verifies that it is not currently borrowed.
672         // Therefore the following assertion is just a `debug_assert!`.
673         debug_assert!(self.borrow.get() == UNUSED);
674         self.value.into_inner()
675     }
676
677     /// Replaces the wrapped value with a new one, returning the old value,
678     /// without deinitializing either one.
679     ///
680     /// This function corresponds to [`std::mem::replace`](../mem/fn.replace.html).
681     ///
682     /// # Panics
683     ///
684     /// Panics if the value is currently borrowed.
685     ///
686     /// # Examples
687     ///
688     /// ```
689     /// use std::cell::RefCell;
690     /// let cell = RefCell::new(5);
691     /// let old_value = cell.replace(6);
692     /// assert_eq!(old_value, 5);
693     /// assert_eq!(cell, RefCell::new(6));
694     /// ```
695     #[inline]
696     #[stable(feature = "refcell_replace", since = "1.24.0")]
697     pub fn replace(&self, t: T) -> T {
698         mem::replace(&mut *self.borrow_mut(), t)
699     }
700
701     /// Replaces the wrapped value with a new one computed from `f`, returning
702     /// the old value, without deinitializing either one.
703     ///
704     /// # Panics
705     ///
706     /// Panics if the value is currently borrowed.
707     ///
708     /// # Examples
709     ///
710     /// ```
711     /// use std::cell::RefCell;
712     /// let cell = RefCell::new(5);
713     /// let old_value = cell.replace_with(|&mut old| old + 1);
714     /// assert_eq!(old_value, 5);
715     /// assert_eq!(cell, RefCell::new(6));
716     /// ```
717     #[inline]
718     #[stable(feature = "refcell_replace_swap", since = "1.35.0")]
719     pub fn replace_with<F: FnOnce(&mut T) -> T>(&self, f: F) -> T {
720         let mut_borrow = &mut *self.borrow_mut();
721         let replacement = f(mut_borrow);
722         mem::replace(mut_borrow, replacement)
723     }
724
725     /// Swaps the wrapped value of `self` with the wrapped value of `other`,
726     /// without deinitializing either one.
727     ///
728     /// This function corresponds to [`std::mem::swap`](../mem/fn.swap.html).
729     ///
730     /// # Panics
731     ///
732     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
733     ///
734     /// # Examples
735     ///
736     /// ```
737     /// use std::cell::RefCell;
738     /// let c = RefCell::new(5);
739     /// let d = RefCell::new(6);
740     /// c.swap(&d);
741     /// assert_eq!(c, RefCell::new(6));
742     /// assert_eq!(d, RefCell::new(5));
743     /// ```
744     #[inline]
745     #[stable(feature = "refcell_swap", since = "1.24.0")]
746     pub fn swap(&self, other: &Self) {
747         mem::swap(&mut *self.borrow_mut(), &mut *other.borrow_mut())
748     }
749 }
750
751 impl<T: ?Sized> RefCell<T> {
752     /// Immutably borrows the wrapped value.
753     ///
754     /// The borrow lasts until the returned `Ref` exits scope. Multiple
755     /// immutable borrows can be taken out at the same time.
756     ///
757     /// # Panics
758     ///
759     /// Panics if the value is currently mutably borrowed. For a non-panicking variant, use
760     /// [`try_borrow`](#method.try_borrow).
761     ///
762     /// # Examples
763     ///
764     /// ```
765     /// use std::cell::RefCell;
766     ///
767     /// let c = RefCell::new(5);
768     ///
769     /// let borrowed_five = c.borrow();
770     /// let borrowed_five2 = c.borrow();
771     /// ```
772     ///
773     /// An example of panic:
774     ///
775     /// ```
776     /// use std::cell::RefCell;
777     /// use std::thread;
778     ///
779     /// let result = thread::spawn(move || {
780     ///    let c = RefCell::new(5);
781     ///    let m = c.borrow_mut();
782     ///
783     ///    let b = c.borrow(); // this causes a panic
784     /// }).join();
785     ///
786     /// assert!(result.is_err());
787     /// ```
788     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
789     #[inline]
790     pub fn borrow(&self) -> Ref<'_, T> {
791         self.try_borrow().expect("already mutably borrowed")
792     }
793
794     /// Immutably borrows the wrapped value, returning an error if the value is currently mutably
795     /// borrowed.
796     ///
797     /// The borrow lasts until the returned `Ref` exits scope. Multiple immutable borrows can be
798     /// taken out at the same time.
799     ///
800     /// This is the non-panicking variant of [`borrow`](#method.borrow).
801     ///
802     /// # Examples
803     ///
804     /// ```
805     /// use std::cell::RefCell;
806     ///
807     /// let c = RefCell::new(5);
808     ///
809     /// {
810     ///     let m = c.borrow_mut();
811     ///     assert!(c.try_borrow().is_err());
812     /// }
813     ///
814     /// {
815     ///     let m = c.borrow();
816     ///     assert!(c.try_borrow().is_ok());
817     /// }
818     /// ```
819     #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
820     #[inline]
821     pub fn try_borrow(&self) -> Result<Ref<'_, T>, BorrowError> {
822         match BorrowRef::new(&self.borrow) {
823             // SAFETY: `BorrowRef` ensures that there is only immutable access
824             // to the value while borrowed
825             Some(b) => Ok(Ref { value: unsafe { &*self.value.get() }, borrow: b }),
826             None => Err(BorrowError { _private: () }),
827         }
828     }
829
830     /// Mutably borrows the wrapped value.
831     ///
832     /// The borrow lasts until the returned `RefMut` or all `RefMut`s derived
833     /// from it exit scope. The value cannot be borrowed while this borrow is
834     /// active.
835     ///
836     /// # Panics
837     ///
838     /// Panics if the value is currently borrowed. For a non-panicking variant, use
839     /// [`try_borrow_mut`](#method.try_borrow_mut).
840     ///
841     /// # Examples
842     ///
843     /// ```
844     /// use std::cell::RefCell;
845     ///
846     /// let c = RefCell::new(5);
847     ///
848     /// *c.borrow_mut() = 7;
849     ///
850     /// assert_eq!(*c.borrow(), 7);
851     /// ```
852     ///
853     /// An example of panic:
854     ///
855     /// ```
856     /// use std::cell::RefCell;
857     /// use std::thread;
858     ///
859     /// let result = thread::spawn(move || {
860     ///    let c = RefCell::new(5);
861     ///    let m = c.borrow();
862     ///
863     ///    let b = c.borrow_mut(); // this causes a panic
864     /// }).join();
865     ///
866     /// assert!(result.is_err());
867     /// ```
868     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
869     #[inline]
870     pub fn borrow_mut(&self) -> RefMut<'_, T> {
871         self.try_borrow_mut().expect("already borrowed")
872     }
873
874     /// Mutably borrows the wrapped value, returning an error if the value is currently borrowed.
875     ///
876     /// The borrow lasts until the returned `RefMut` or all `RefMut`s derived
877     /// from it exit scope. The value cannot be borrowed while this borrow is
878     /// active.
879     ///
880     /// This is the non-panicking variant of [`borrow_mut`](#method.borrow_mut).
881     ///
882     /// # Examples
883     ///
884     /// ```
885     /// use std::cell::RefCell;
886     ///
887     /// let c = RefCell::new(5);
888     ///
889     /// {
890     ///     let m = c.borrow();
891     ///     assert!(c.try_borrow_mut().is_err());
892     /// }
893     ///
894     /// assert!(c.try_borrow_mut().is_ok());
895     /// ```
896     #[stable(feature = "try_borrow", since = "1.13.0")]
897     #[inline]
898     pub fn try_borrow_mut(&self) -> Result<RefMut<'_, T>, BorrowMutError> {
899         match BorrowRefMut::new(&self.borrow) {
900             // SAFETY: `BorrowRef` gurantees unique access
901             Some(b) => Ok(RefMut { value: unsafe { &mut *self.value.get() }, borrow: b }),
902             None => Err(BorrowMutError { _private: () }),
903         }
904     }
905
906     /// Returns a raw pointer to the underlying data in this cell.
907     ///
908     /// # Examples
909     ///
910     /// ```
911     /// use std::cell::RefCell;
912     ///
913     /// let c = RefCell::new(5);
914     ///
915     /// let ptr = c.as_ptr();
916     /// ```
917     #[inline]
918     #[stable(feature = "cell_as_ptr", since = "1.12.0")]
919     pub fn as_ptr(&self) -> *mut T {
920         self.value.get()
921     }
922
923     /// Returns a mutable reference to the underlying data.
924     ///
925     /// This call borrows `RefCell` mutably (at compile-time) so there is no
926     /// need for dynamic checks.
927     ///
928     /// However be cautious: this method expects `self` to be mutable, which is
929     /// generally not the case when using a `RefCell`. Take a look at the
930     /// [`borrow_mut`] method instead if `self` isn't mutable.
931     ///
932     /// Also, please be aware that this method is only for special circumstances and is usually
933     /// not what you want. In case of doubt, use [`borrow_mut`] instead.
934     ///
935     /// [`borrow_mut`]: #method.borrow_mut
936     ///
937     /// # Examples
938     ///
939     /// ```
940     /// use std::cell::RefCell;
941     ///
942     /// let mut c = RefCell::new(5);
943     /// *c.get_mut() += 1;
944     ///
945     /// assert_eq!(c, RefCell::new(6));
946     /// ```
947     #[inline]
948     #[stable(feature = "cell_get_mut", since = "1.11.0")]
949     pub fn get_mut(&mut self) -> &mut T {
950         // SAFETY: `&mut` guarantees unique access
951         unsafe { &mut *self.value.get() }
952     }
953
954     /// Immutably borrows the wrapped value, returning an error if the value is
955     /// currently mutably borrowed.
956     ///
957     /// # Safety
958     ///
959     /// Unlike `RefCell::borrow`, this method is unsafe because it does not
960     /// return a `Ref`, thus leaving the borrow flag untouched. Mutably
961     /// borrowing the `RefCell` while the reference returned by this method
962     /// is alive is undefined behaviour.
963     ///
964     /// # Examples
965     ///
966     /// ```
967     /// use std::cell::RefCell;
968     ///
969     /// let c = RefCell::new(5);
970     ///
971     /// {
972     ///     let m = c.borrow_mut();
973     ///     assert!(unsafe { c.try_borrow_unguarded() }.is_err());
974     /// }
975     ///
976     /// {
977     ///     let m = c.borrow();
978     ///     assert!(unsafe { c.try_borrow_unguarded() }.is_ok());
979     /// }
980     /// ```
981     #[stable(feature = "borrow_state", since = "1.37.0")]
982     #[inline]
983     pub unsafe fn try_borrow_unguarded(&self) -> Result<&T, BorrowError> {
984         if !is_writing(self.borrow.get()) {
985             Ok(&*self.value.get())
986         } else {
987             Err(BorrowError { _private: () })
988         }
989     }
990 }
991
992 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
993 unsafe impl<T: ?Sized> Send for RefCell<T> where T: Send {}
994
995 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
996 impl<T: ?Sized> !Sync for RefCell<T> {}
997
998 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
999 impl<T: Clone> Clone for RefCell<T> {
1000     /// # Panics
1001     ///
1002     /// Panics if the value is currently mutably borrowed.
1003     #[inline]
1004     fn clone(&self) -> RefCell<T> {
1005         RefCell::new(self.borrow().clone())
1006     }
1007 }
1008
1009 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1010 impl<T: Default> Default for RefCell<T> {
1011     /// Creates a `RefCell<T>`, with the `Default` value for T.
1012     #[inline]
1013     fn default() -> RefCell<T> {
1014         RefCell::new(Default::default())
1015     }
1016 }
1017
1018 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1019 impl<T: ?Sized + PartialEq> PartialEq for RefCell<T> {
1020     /// # Panics
1021     ///
1022     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1023     #[inline]
1024     fn eq(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1025         *self.borrow() == *other.borrow()
1026     }
1027 }
1028
1029 #[stable(feature = "cell_eq", since = "1.2.0")]
1030 impl<T: ?Sized + Eq> Eq for RefCell<T> {}
1031
1032 #[stable(feature = "cell_ord", since = "1.10.0")]
1033 impl<T: ?Sized + PartialOrd> PartialOrd for RefCell<T> {
1034     /// # Panics
1035     ///
1036     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1037     #[inline]
1038     fn partial_cmp(&self, other: &RefCell<T>) -> Option<Ordering> {
1039         self.borrow().partial_cmp(&*other.borrow())
1040     }
1041
1042     /// # Panics
1043     ///
1044     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1045     #[inline]
1046     fn lt(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1047         *self.borrow() < *other.borrow()
1048     }
1049
1050     /// # Panics
1051     ///
1052     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1053     #[inline]
1054     fn le(&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 gt(&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 ge(&self, other: &RefCell<T>) -> bool {
1071         *self.borrow() >= *other.borrow()
1072     }
1073 }
1074
1075 #[stable(feature = "cell_ord", since = "1.10.0")]
1076 impl<T: ?Sized + Ord> Ord for RefCell<T> {
1077     /// # Panics
1078     ///
1079     /// Panics if the value in either `RefCell` is currently borrowed.
1080     #[inline]
1081     fn cmp(&self, other: &RefCell<T>) -> Ordering {
1082         self.borrow().cmp(&*other.borrow())
1083     }
1084 }
1085
1086 #[stable(feature = "cell_from", since = "1.12.0")]
1087 impl<T> From<T> for RefCell<T> {
1088     fn from(t: T) -> RefCell<T> {
1089         RefCell::new(t)
1090     }
1091 }
1092
1093 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
1094 impl<T: CoerceUnsized<U>, U> CoerceUnsized<RefCell<U>> for RefCell<T> {}
1095
1096 struct BorrowRef<'b> {
1097     borrow: &'b Cell<BorrowFlag>,
1098 }
1099
1100 impl<'b> BorrowRef<'b> {
1101     #[inline]
1102     fn new(borrow: &'b Cell<BorrowFlag>) -> Option<BorrowRef<'b>> {
1103         let b = borrow.get().wrapping_add(1);
1104         if !is_reading(b) {
1105             // Incrementing borrow can result in a non-reading value (<= 0) in these cases:
1106             // 1. It was < 0, i.e. there are writing borrows, so we can't allow a read borrow
1107             //    due to Rust's reference aliasing rules
1108             // 2. It was isize::max_value() (the max amount of reading borrows) and it overflowed
1109             //    into isize::min_value() (the max amount of writing borrows) so we can't allow
1110             //    an additional read borrow because isize can't represent so many read borrows
1111             //    (this can only happen if you mem::forget more than a small constant amount of
1112             //    `Ref`s, which is not good practice)
1113             None
1114         } else {
1115             // Incrementing borrow can result in a reading value (> 0) in these cases:
1116             // 1. It was = 0, i.e. it wasn't borrowed, and we are taking the first read borrow
1117             // 2. It was > 0 and < isize::max_value(), i.e. there were read borrows, and isize
1118             //    is large enough to represent having one more read borrow
1119             borrow.set(b);
1120             Some(BorrowRef { borrow })
1121         }
1122     }
1123 }
1124
1125 impl Drop for BorrowRef<'_> {
1126     #[inline]
1127     fn drop(&mut self) {
1128         let borrow = self.borrow.get();
1129         debug_assert!(is_reading(borrow));
1130         self.borrow.set(borrow - 1);
1131     }
1132 }
1133
1134 impl Clone for BorrowRef<'_> {
1135     #[inline]
1136     fn clone(&self) -> Self {
1137         // Since this Ref exists, we know the borrow flag
1138         // is a reading borrow.
1139         let borrow = self.borrow.get();
1140         debug_assert!(is_reading(borrow));
1141         // Prevent the borrow counter from overflowing into
1142         // a writing borrow.
1143         assert!(borrow != isize::max_value());
1144         self.borrow.set(borrow + 1);
1145         BorrowRef { borrow: self.borrow }
1146     }
1147 }
1148
1149 /// Wraps a borrowed reference to a value in a `RefCell` box.
1150 /// A wrapper type for an immutably borrowed value from a `RefCell<T>`.
1151 ///
1152 /// See the [module-level documentation](index.html) for more.
1153 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1154 pub struct Ref<'b, T: ?Sized + 'b> {
1155     value: &'b T,
1156     borrow: BorrowRef<'b>,
1157 }
1158
1159 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1160 impl<T: ?Sized> Deref for Ref<'_, T> {
1161     type Target = T;
1162
1163     #[inline]
1164     fn deref(&self) -> &T {
1165         self.value
1166     }
1167 }
1168
1169 impl<'b, T: ?Sized> Ref<'b, T> {
1170     /// Copies a `Ref`.
1171     ///
1172     /// The `RefCell` is already immutably borrowed, so this cannot fail.
1173     ///
1174     /// This is an associated function that needs to be used as
1175     /// `Ref::clone(...)`. A `Clone` implementation or a method would interfere
1176     /// with the widespread use of `r.borrow().clone()` to clone the contents of
1177     /// a `RefCell`.
1178     #[stable(feature = "cell_extras", since = "1.15.0")]
1179     #[inline]
1180     pub fn clone(orig: &Ref<'b, T>) -> Ref<'b, T> {
1181         Ref { value: orig.value, borrow: orig.borrow.clone() }
1182     }
1183
1184     /// Makes a new `Ref` for a component of the borrowed data.
1185     ///
1186     /// The `RefCell` is already immutably borrowed, so this cannot fail.
1187     ///
1188     /// This is an associated function that needs to be used as `Ref::map(...)`.
1189     /// A method would interfere with methods of the same name on the contents
1190     /// of a `RefCell` used through `Deref`.
1191     ///
1192     /// # Examples
1193     ///
1194     /// ```
1195     /// use std::cell::{RefCell, Ref};
1196     ///
1197     /// let c = RefCell::new((5, 'b'));
1198     /// let b1: Ref<(u32, char)> = c.borrow();
1199     /// let b2: Ref<u32> = Ref::map(b1, |t| &t.0);
1200     /// assert_eq!(*b2, 5)
1201     /// ```
1202     #[stable(feature = "cell_map", since = "1.8.0")]
1203     #[inline]
1204     pub fn map<U: ?Sized, F>(orig: Ref<'b, T>, f: F) -> Ref<'b, U>
1205     where
1206         F: FnOnce(&T) -> &U,
1207     {
1208         Ref { value: f(orig.value), borrow: orig.borrow }
1209     }
1210
1211     /// Splits a `Ref` into multiple `Ref`s for different components of the
1212     /// borrowed data.
1213     ///
1214     /// The `RefCell` is already immutably borrowed, so this cannot fail.
1215     ///
1216     /// This is an associated function that needs to be used as
1217     /// `Ref::map_split(...)`. A method would interfere with methods of the same
1218     /// name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1219     ///
1220     /// # Examples
1221     ///
1222     /// ```
1223     /// use std::cell::{Ref, RefCell};
1224     ///
1225     /// let cell = RefCell::new([1, 2, 3, 4]);
1226     /// let borrow = cell.borrow();
1227     /// let (begin, end) = Ref::map_split(borrow, |slice| slice.split_at(2));
1228     /// assert_eq!(*begin, [1, 2]);
1229     /// assert_eq!(*end, [3, 4]);
1230     /// ```
1231     #[stable(feature = "refcell_map_split", since = "1.35.0")]
1232     #[inline]
1233     pub fn map_split<U: ?Sized, V: ?Sized, F>(orig: Ref<'b, T>, f: F) -> (Ref<'b, U>, Ref<'b, V>)
1234     where
1235         F: FnOnce(&T) -> (&U, &V),
1236     {
1237         let (a, b) = f(orig.value);
1238         let borrow = orig.borrow.clone();
1239         (Ref { value: a, borrow }, Ref { value: b, borrow: orig.borrow })
1240     }
1241 }
1242
1243 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
1244 impl<'b, T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<Ref<'b, U>> for Ref<'b, T> {}
1245
1246 #[stable(feature = "std_guard_impls", since = "1.20.0")]
1247 impl<T: ?Sized + fmt::Display> fmt::Display for Ref<'_, T> {
1248     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1249         self.value.fmt(f)
1250     }
1251 }
1252
1253 impl<'b, T: ?Sized> RefMut<'b, T> {
1254     /// Makes a new `RefMut` for a component of the borrowed data, e.g., an enum
1255     /// variant.
1256     ///
1257     /// The `RefCell` is already mutably borrowed, so this cannot fail.
1258     ///
1259     /// This is an associated function that needs to be used as
1260     /// `RefMut::map(...)`. A method would interfere with methods of the same
1261     /// name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1262     ///
1263     /// # Examples
1264     ///
1265     /// ```
1266     /// use std::cell::{RefCell, RefMut};
1267     ///
1268     /// let c = RefCell::new((5, 'b'));
1269     /// {
1270     ///     let b1: RefMut<(u32, char)> = c.borrow_mut();
1271     ///     let mut b2: RefMut<u32> = RefMut::map(b1, |t| &mut t.0);
1272     ///     assert_eq!(*b2, 5);
1273     ///     *b2 = 42;
1274     /// }
1275     /// assert_eq!(*c.borrow(), (42, 'b'));
1276     /// ```
1277     #[stable(feature = "cell_map", since = "1.8.0")]
1278     #[inline]
1279     pub fn map<U: ?Sized, F>(orig: RefMut<'b, T>, f: F) -> RefMut<'b, U>
1280     where
1281         F: FnOnce(&mut T) -> &mut U,
1282     {
1283         // FIXME(nll-rfc#40): fix borrow-check
1284         let RefMut { value, borrow } = orig;
1285         RefMut { value: f(value), borrow }
1286     }
1287
1288     /// Splits a `RefMut` into multiple `RefMut`s for different components of the
1289     /// borrowed data.
1290     ///
1291     /// The underlying `RefCell` will remain mutably borrowed until both
1292     /// returned `RefMut`s go out of scope.
1293     ///
1294     /// The `RefCell` is already mutably borrowed, so this cannot fail.
1295     ///
1296     /// This is an associated function that needs to be used as
1297     /// `RefMut::map_split(...)`. A method would interfere with methods of the
1298     /// same name on the contents of a `RefCell` used through `Deref`.
1299     ///
1300     /// # Examples
1301     ///
1302     /// ```
1303     /// use std::cell::{RefCell, RefMut};
1304     ///
1305     /// let cell = RefCell::new([1, 2, 3, 4]);
1306     /// let borrow = cell.borrow_mut();
1307     /// let (mut begin, mut end) = RefMut::map_split(borrow, |slice| slice.split_at_mut(2));
1308     /// assert_eq!(*begin, [1, 2]);
1309     /// assert_eq!(*end, [3, 4]);
1310     /// begin.copy_from_slice(&[4, 3]);
1311     /// end.copy_from_slice(&[2, 1]);
1312     /// ```
1313     #[stable(feature = "refcell_map_split", since = "1.35.0")]
1314     #[inline]
1315     pub fn map_split<U: ?Sized, V: ?Sized, F>(
1316         orig: RefMut<'b, T>,
1317         f: F,
1318     ) -> (RefMut<'b, U>, RefMut<'b, V>)
1319     where
1320         F: FnOnce(&mut T) -> (&mut U, &mut V),
1321     {
1322         let (a, b) = f(orig.value);
1323         let borrow = orig.borrow.clone();
1324         (RefMut { value: a, borrow }, RefMut { value: b, borrow: orig.borrow })
1325     }
1326 }
1327
1328 struct BorrowRefMut<'b> {
1329     borrow: &'b Cell<BorrowFlag>,
1330 }
1331
1332 impl Drop for BorrowRefMut<'_> {
1333     #[inline]
1334     fn drop(&mut self) {
1335         let borrow = self.borrow.get();
1336         debug_assert!(is_writing(borrow));
1337         self.borrow.set(borrow + 1);
1338     }
1339 }
1340
1341 impl<'b> BorrowRefMut<'b> {
1342     #[inline]
1343     fn new(borrow: &'b Cell<BorrowFlag>) -> Option<BorrowRefMut<'b>> {
1344         // NOTE: Unlike BorrowRefMut::clone, new is called to create the initial
1345         // mutable reference, and so there must currently be no existing
1346         // references. Thus, while clone increments the mutable refcount, here
1347         // we explicitly only allow going from UNUSED to UNUSED - 1.
1348         match borrow.get() {
1349             UNUSED => {
1350                 borrow.set(UNUSED - 1);
1351                 Some(BorrowRefMut { borrow })
1352             }
1353             _ => None,
1354         }
1355     }
1356
1357     // Clones a `BorrowRefMut`.
1358     //
1359     // This is only valid if each `BorrowRefMut` is used to track a mutable
1360     // reference to a distinct, nonoverlapping range of the original object.
1361     // This isn't in a Clone impl so that code doesn't call this implicitly.
1362     #[inline]
1363     fn clone(&self) -> BorrowRefMut<'b> {
1364         let borrow = self.borrow.get();
1365         debug_assert!(is_writing(borrow));
1366         // Prevent the borrow counter from underflowing.
1367         assert!(borrow != isize::min_value());
1368         self.borrow.set(borrow - 1);
1369         BorrowRefMut { borrow: self.borrow }
1370     }
1371 }
1372
1373 /// A wrapper type for a mutably borrowed value from a `RefCell<T>`.
1374 ///
1375 /// See the [module-level documentation](index.html) for more.
1376 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1377 pub struct RefMut<'b, T: ?Sized + 'b> {
1378     value: &'b mut T,
1379     borrow: BorrowRefMut<'b>,
1380 }
1381
1382 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1383 impl<T: ?Sized> Deref for RefMut<'_, T> {
1384     type Target = T;
1385
1386     #[inline]
1387     fn deref(&self) -> &T {
1388         self.value
1389     }
1390 }
1391
1392 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1393 impl<T: ?Sized> DerefMut for RefMut<'_, T> {
1394     #[inline]
1395     fn deref_mut(&mut self) -> &mut T {
1396         self.value
1397     }
1398 }
1399
1400 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
1401 impl<'b, T: ?Sized + Unsize<U>, U: ?Sized> CoerceUnsized<RefMut<'b, U>> for RefMut<'b, T> {}
1402
1403 #[stable(feature = "std_guard_impls", since = "1.20.0")]
1404 impl<T: ?Sized + fmt::Display> fmt::Display for RefMut<'_, T> {
1405     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1406         self.value.fmt(f)
1407     }
1408 }
1409
1410 /// The core primitive for interior mutability in Rust.
1411 ///
1412 /// `UnsafeCell<T>` is a type that wraps some `T` and indicates unsafe interior operations on the
1413 /// wrapped type. Types with an `UnsafeCell<T>` field are considered to have an 'unsafe interior'.
1414 /// The `UnsafeCell<T>` type is the only legal way to obtain aliasable data that is considered
1415 /// mutable. In general, transmuting an `&T` type into an `&mut T` is considered undefined behavior.
1416 ///
1417 /// If you have a reference `&SomeStruct`, then normally in Rust all fields of `SomeStruct` are
1418 /// immutable. The compiler makes optimizations based on the knowledge that `&T` is not mutably
1419 /// aliased or mutated, and that `&mut T` is unique. `UnsafeCell<T>` is the only core language
1420 /// feature to work around the restriction that `&T` may not be mutated. All other types that
1421 /// allow internal mutability, such as `Cell<T>` and `RefCell<T>`, use `UnsafeCell` to wrap their
1422 /// internal data. There is *no* legal way to obtain aliasing `&mut`, not even with `UnsafeCell<T>`.
1423 ///
1424 /// The `UnsafeCell` API itself is technically very simple: it gives you a raw pointer `*mut T` to
1425 /// its contents. It is up to _you_ as the abstraction designer to use that raw pointer correctly.
1426 ///
1427 /// The precise Rust aliasing rules are somewhat in flux, but the main points are not contentious:
1428 ///
1429 /// - If you create a safe reference with lifetime `'a` (either a `&T` or `&mut T`
1430 /// reference) that is accessible by safe code (for example, because you returned it),
1431 /// then you must not access the data in any way that contradicts that reference for the
1432 /// remainder of `'a`. For example, this means that if you take the `*mut T` from an
1433 /// `UnsafeCell<T>` and cast it to an `&T`, then the data in `T` must remain immutable
1434 /// (modulo any `UnsafeCell` data found within `T`, of course) until that reference's
1435 /// lifetime expires. Similarly, if you create a `&mut T` reference that is released to
1436 /// safe code, then you must not access the data within the `UnsafeCell` until that
1437 /// reference expires.
1438 ///
1439 /// - At all times, you must avoid data races. If multiple threads have access to
1440 /// the same `UnsafeCell`, then any writes must have a proper happens-before relation to all other
1441 /// accesses (or use atomics).
1442 ///
1443 /// To assist with proper design, the following scenarios are explicitly declared legal
1444 /// for single-threaded code:
1445 ///
1446 /// 1. A `&T` reference can be released to safe code and there it can co-exist with other `&T`
1447 /// references, but not with a `&mut T`
1448 ///
1449 /// 2. A `&mut T` reference may be released to safe code provided neither other `&mut T` nor `&T`
1450 /// co-exist with it. A `&mut T` must always be unique.
1451 ///
1452 /// Note that while mutating or mutably aliasing the contents of an `&UnsafeCell<T>` is
1453 /// ok (provided you enforce the invariants some other way), it is still undefined behavior
1454 /// to have multiple `&mut UnsafeCell<T>` aliases.
1455 ///
1456 /// # Examples
1457 ///
1458 /// ```
1459 /// use std::cell::UnsafeCell;
1460 ///
1461 /// # #[allow(dead_code)]
1462 /// struct NotThreadSafe<T> {
1463 ///     value: UnsafeCell<T>,
1464 /// }
1465 ///
1466 /// unsafe impl<T> Sync for NotThreadSafe<T> {}
1467 /// ```
1468 #[lang = "unsafe_cell"]
1469 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1470 #[repr(transparent)]
1471 pub struct UnsafeCell<T: ?Sized> {
1472     value: T,
1473 }
1474
1475 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1476 impl<T: ?Sized> !Sync for UnsafeCell<T> {}
1477
1478 impl<T> UnsafeCell<T> {
1479     /// Constructs a new instance of `UnsafeCell` which will wrap the specified
1480     /// value.
1481     ///
1482     /// All access to the inner value through methods is `unsafe`.
1483     ///
1484     /// # Examples
1485     ///
1486     /// ```
1487     /// use std::cell::UnsafeCell;
1488     ///
1489     /// let uc = UnsafeCell::new(5);
1490     /// ```
1491     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1492     #[rustc_const_stable(feature = "const_unsafe_cell_new", since = "1.32.0")]
1493     #[inline]
1494     pub const fn new(value: T) -> UnsafeCell<T> {
1495         UnsafeCell { value }
1496     }
1497
1498     /// Unwraps the value.
1499     ///
1500     /// # Examples
1501     ///
1502     /// ```
1503     /// use std::cell::UnsafeCell;
1504     ///
1505     /// let uc = UnsafeCell::new(5);
1506     ///
1507     /// let five = uc.into_inner();
1508     /// ```
1509     #[inline]
1510     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1511     pub fn into_inner(self) -> T {
1512         self.value
1513     }
1514 }
1515
1516 impl<T: ?Sized> UnsafeCell<T> {
1517     /// Gets a mutable pointer to the wrapped value.
1518     ///
1519     /// This can be cast to a pointer of any kind.
1520     /// Ensure that the access is unique (no active references, mutable or not)
1521     /// when casting to `&mut T`, and ensure that there are no mutations
1522     /// or mutable aliases going on when casting to `&T`
1523     ///
1524     /// # Examples
1525     ///
1526     /// ```
1527     /// use std::cell::UnsafeCell;
1528     ///
1529     /// let uc = UnsafeCell::new(5);
1530     ///
1531     /// let five = uc.get();
1532     /// ```
1533     #[inline]
1534     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1535     #[rustc_const_stable(feature = "const_unsafecell_get", since = "1.32.0")]
1536     pub const fn get(&self) -> *mut T {
1537         // We can just cast the pointer from `UnsafeCell<T>` to `T` because of
1538         // #[repr(transparent)]. This exploits libstd's special status, there is
1539         // no guarantee for user code that this will work in future versions of the compiler!
1540         self as *const UnsafeCell<T> as *const T as *mut T
1541     }
1542
1543     /// Gets a mutable pointer to the wrapped value.
1544     /// The difference to [`get`] is that this function accepts a raw pointer,
1545     /// which is useful to avoid the creation of temporary references.
1546     ///
1547     /// The result can be cast to a pointer of any kind.
1548     /// Ensure that the access is unique (no active references, mutable or not)
1549     /// when casting to `&mut T`, and ensure that there are no mutations
1550     /// or mutable aliases going on when casting to `&T`.
1551     ///
1552     /// [`get`]: #method.get
1553     ///
1554     /// # Examples
1555     ///
1556     /// Gradual initialization of an `UnsafeCell` requires `raw_get`, as
1557     /// calling `get` would require creating a reference to uninitialized data:
1558     ///
1559     /// ```
1560     /// #![feature(unsafe_cell_raw_get)]
1561     /// use std::cell::UnsafeCell;
1562     /// use std::mem::MaybeUninit;
1563     ///
1564     /// let m = MaybeUninit::<UnsafeCell<i32>>::uninit();
1565     /// unsafe { UnsafeCell::raw_get(m.as_ptr()).write(5); }
1566     /// let uc = unsafe { m.assume_init() };
1567     ///
1568     /// assert_eq!(uc.into_inner(), 5);
1569     /// ```
1570     #[inline]
1571     #[unstable(feature = "unsafe_cell_raw_get", issue = "66358")]
1572     pub const fn raw_get(this: *const Self) -> *mut T {
1573         // We can just cast the pointer from `UnsafeCell<T>` to `T` because of
1574         // #[repr(transparent)]. This exploits libstd's special status, there is
1575         // no guarantee for user code that this will work in future versions of the compiler!
1576         this as *const T as *mut T
1577     }
1578 }
1579
1580 #[stable(feature = "unsafe_cell_default", since = "1.10.0")]
1581 impl<T: Default> Default for UnsafeCell<T> {
1582     /// Creates an `UnsafeCell`, with the `Default` value for T.
1583     fn default() -> UnsafeCell<T> {
1584         UnsafeCell::new(Default::default())
1585     }
1586 }
1587
1588 #[stable(feature = "cell_from", since = "1.12.0")]
1589 impl<T> From<T> for UnsafeCell<T> {
1590     fn from(t: T) -> UnsafeCell<T> {
1591         UnsafeCell::new(t)
1592     }
1593 }
1594
1595 #[unstable(feature = "coerce_unsized", issue = "27732")]
1596 impl<T: CoerceUnsized<U>, U> CoerceUnsized<UnsafeCell<U>> for UnsafeCell<T> {}
1597
1598 #[allow(unused)]
1599 fn assert_coerce_unsized(a: UnsafeCell<&i32>, b: Cell<&i32>, c: RefCell<&i32>) {
1600     let _: UnsafeCell<&dyn Send> = a;
1601     let _: Cell<&dyn Send> = b;
1602     let _: RefCell<&dyn Send> = c;
1603 }