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Auto merge of #58302 - SimonSapin:tryfrom, r=alexcrichton
[rust.git] / src / libcore / mem.rs
1 //! Basic functions for dealing with memory.
2 //!
3 //! This module contains functions for querying the size and alignment of
4 //! types, initializing and manipulating memory.
5
6 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
7
8 use clone;
9 use cmp;
10 use fmt;
11 use hash;
12 use intrinsics;
13 use marker::{Copy, PhantomData, Sized};
14 use ptr;
15 use ops::{Deref, DerefMut};
16
17 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
18 #[doc(inline)]
19 pub use intrinsics::transmute;
20
21 /// Takes ownership and "forgets" about the value **without running its destructor**.
22 ///
23 /// Any resources the value manages, such as heap memory or a file handle, will linger
24 /// forever in an unreachable state. However, it does not guarantee that pointers
25 /// to this memory will remain valid.
26 ///
27 /// * If you want to leak memory, see [`Box::leak`][leak].
28 /// * If you want to obtain a raw pointer to the memory, see [`Box::into_raw`][into_raw].
29 /// * If you want to dispose of a value properly, running its destructor, see
30 /// [`mem::drop`][drop].
31 ///
32 /// # Safety
33 ///
34 /// `forget` is not marked as `unsafe`, because Rust's safety guarantees
35 /// do not include a guarantee that destructors will always run. For example,
36 /// a program can create a reference cycle using [`Rc`][rc], or call
37 /// [`process::exit`][exit] to exit without running destructors. Thus, allowing
38 /// `mem::forget` from safe code does not fundamentally change Rust's safety
39 /// guarantees.
40 ///
41 /// That said, leaking resources such as memory or I/O objects is usually undesirable,
42 /// so `forget` is only recommended for specialized use cases like those shown below.
43 ///
44 /// Because forgetting a value is allowed, any `unsafe` code you write must
45 /// allow for this possibility. You cannot return a value and expect that the
46 /// caller will necessarily run the value's destructor.
47 ///
48 /// [rc]: ../../std/rc/struct.Rc.html
49 /// [exit]: ../../std/process/fn.exit.html
50 ///
51 /// # Examples
52 ///
53 /// Leak an I/O object, never closing the file:
54 ///
55 /// ```no_run
56 /// use std::mem;
57 /// use std::fs::File;
58 ///
59 /// let file = File::open("foo.txt").unwrap();
60 /// mem::forget(file);
61 /// ```
62 ///
63 /// The practical use cases for `forget` are rather specialized and mainly come
64 /// up in unsafe or FFI code.
65 ///
66 /// ## Use case 1
67 ///
68 /// You have created an uninitialized value using [`mem::uninitialized`][uninit].
69 /// You must either initialize or `forget` it on every computation path before
70 /// Rust drops it automatically, like at the end of a scope or after a panic.
71 /// Running the destructor on an uninitialized value would be [undefined behavior][ub].
72 ///
73 /// ```
74 /// use std::mem;
75 /// use std::ptr;
76 ///
77 /// # let some_condition = false;
78 /// unsafe {
79 ///     let mut uninit_vec: Vec<u32> = mem::uninitialized();
80 ///
81 ///     if some_condition {
82 ///         // Initialize the variable.
83 ///         ptr::write(&mut uninit_vec, Vec::new());
84 ///     } else {
85 ///         // Forget the uninitialized value so its destructor doesn't run.
86 ///         mem::forget(uninit_vec);
87 ///     }
88 /// }
89 /// ```
90 ///
91 /// ## Use case 2
92 ///
93 /// You have duplicated the bytes making up a value, without doing a proper
94 /// [`Clone`][clone]. You need the value's destructor to run only once,
95 /// because a double `free` is undefined behavior.
96 ///
97 /// An example is a possible implementation of [`mem::swap`][swap]:
98 ///
99 /// ```
100 /// use std::mem;
101 /// use std::ptr;
102 ///
103 /// # #[allow(dead_code)]
104 /// fn swap<T>(x: &mut T, y: &mut T) {
105 ///     unsafe {
106 ///         // Give ourselves some scratch space to work with
107 ///         let mut t: T = mem::uninitialized();
108 ///
109 ///         // Perform the swap, `&mut` pointers never alias
110 ///         ptr::copy_nonoverlapping(&*x, &mut t, 1);
111 ///         ptr::copy_nonoverlapping(&*y, x, 1);
112 ///         ptr::copy_nonoverlapping(&t, y, 1);
113 ///
114 ///         // y and t now point to the same thing, but we need to completely
115 ///         // forget `t` because we do not want to run the destructor for `T`
116 ///         // on its value, which is still owned somewhere outside this function.
117 ///         mem::forget(t);
118 ///     }
119 /// }
120 /// ```
121 ///
122 /// [drop]: fn.drop.html
123 /// [uninit]: fn.uninitialized.html
124 /// [clone]: ../clone/trait.Clone.html
125 /// [swap]: fn.swap.html
126 /// [box]: ../../std/boxed/struct.Box.html
127 /// [leak]: ../../std/boxed/struct.Box.html#method.leak
128 /// [into_raw]: ../../std/boxed/struct.Box.html#method.into_raw
129 /// [ub]: ../../reference/behavior-considered-undefined.html
130 #[inline]
131 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
132 pub fn forget<T>(t: T) {
133     ManuallyDrop::new(t);
134 }
135
136 /// Like [`forget`], but also accepts unsized values.
137 ///
138 /// This function is just a shim intended to be removed when the `unsized_locals` feature gets
139 /// stabilized.
140 ///
141 /// [`forget`]: fn.forget.html
142 #[inline]
143 #[unstable(feature = "forget_unsized", issue = "0")]
144 pub fn forget_unsized<T: ?Sized>(t: T) {
145     unsafe { intrinsics::forget(t) }
146 }
147
148 /// Returns the size of a type in bytes.
149 ///
150 /// More specifically, this is the offset in bytes between successive elements
151 /// in an array with that item type including alignment padding. Thus, for any
152 /// type `T` and length `n`, `[T; n]` has a size of `n * size_of::<T>()`.
153 ///
154 /// In general, the size of a type is not stable across compilations, but
155 /// specific types such as primitives are.
156 ///
157 /// The following table gives the size for primitives.
158 ///
159 /// Type | size_of::\<Type>()
160 /// ---- | ---------------
161 /// () | 0
162 /// bool | 1
163 /// u8 | 1
164 /// u16 | 2
165 /// u32 | 4
166 /// u64 | 8
167 /// u128 | 16
168 /// i8 | 1
169 /// i16 | 2
170 /// i32 | 4
171 /// i64 | 8
172 /// i128 | 16
173 /// f32 | 4
174 /// f64 | 8
175 /// char | 4
176 ///
177 /// Furthermore, `usize` and `isize` have the same size.
178 ///
179 /// The types `*const T`, `&T`, `Box<T>`, `Option<&T>`, and `Option<Box<T>>` all have
180 /// the same size. If `T` is Sized, all of those types have the same size as `usize`.
181 ///
182 /// The mutability of a pointer does not change its size. As such, `&T` and `&mut T`
183 /// have the same size. Likewise for `*const T` and `*mut T`.
184 ///
185 /// # Size of `#[repr(C)]` items
186 ///
187 /// The `C` representation for items has a defined layout. With this layout,
188 /// the size of items is also stable as long as all fields have a stable size.
189 ///
190 /// ## Size of Structs
191 ///
192 /// For `structs`, the size is determined by the following algorithm.
193 ///
194 /// For each field in the struct ordered by declaration order:
195 ///
196 /// 1. Add the size of the field.
197 /// 2. Round up the current size to the nearest multiple of the next field's [alignment].
198 ///
199 /// Finally, round the size of the struct to the nearest multiple of its [alignment].
200 /// The alignment of the struct is usually the largest alignment of all its
201 /// fields; this can be changed with the use of `repr(align(N))`.
202 ///
203 /// Unlike `C`, zero sized structs are not rounded up to one byte in size.
204 ///
205 /// ## Size of Enums
206 ///
207 /// Enums that carry no data other than the discriminant have the same size as C enums
208 /// on the platform they are compiled for.
209 ///
210 /// ## Size of Unions
211 ///
212 /// The size of a union is the size of its largest field.
213 ///
214 /// Unlike `C`, zero sized unions are not rounded up to one byte in size.
215 ///
216 /// # Examples
217 ///
218 /// ```
219 /// use std::mem;
220 ///
221 /// // Some primitives
222 /// assert_eq!(4, mem::size_of::<i32>());
223 /// assert_eq!(8, mem::size_of::<f64>());
224 /// assert_eq!(0, mem::size_of::<()>());
225 ///
226 /// // Some arrays
227 /// assert_eq!(8, mem::size_of::<[i32; 2]>());
228 /// assert_eq!(12, mem::size_of::<[i32; 3]>());
229 /// assert_eq!(0, mem::size_of::<[i32; 0]>());
230 ///
231 ///
232 /// // Pointer size equality
233 /// assert_eq!(mem::size_of::<&i32>(), mem::size_of::<*const i32>());
234 /// assert_eq!(mem::size_of::<&i32>(), mem::size_of::<Box<i32>>());
235 /// assert_eq!(mem::size_of::<&i32>(), mem::size_of::<Option<&i32>>());
236 /// assert_eq!(mem::size_of::<Box<i32>>(), mem::size_of::<Option<Box<i32>>>());
237 /// ```
238 ///
239 /// Using `#[repr(C)]`.
240 ///
241 /// ```
242 /// use std::mem;
243 ///
244 /// #[repr(C)]
245 /// struct FieldStruct {
246 ///     first: u8,
247 ///     second: u16,
248 ///     third: u8
249 /// }
250 ///
251 /// // The size of the first field is 1, so add 1 to the size. Size is 1.
252 /// // The alignment of the second field is 2, so add 1 to the size for padding. Size is 2.
253 /// // The size of the second field is 2, so add 2 to the size. Size is 4.
254 /// // The alignment of the third field is 1, so add 0 to the size for padding. Size is 4.
255 /// // The size of the third field is 1, so add 1 to the size. Size is 5.
256 /// // Finally, the alignment of the struct is 2 (because the largest alignment amongst its
257 /// // fields is 2), so add 1 to the size for padding. Size is 6.
258 /// assert_eq!(6, mem::size_of::<FieldStruct>());
259 ///
260 /// #[repr(C)]
261 /// struct TupleStruct(u8, u16, u8);
262 ///
263 /// // Tuple structs follow the same rules.
264 /// assert_eq!(6, mem::size_of::<TupleStruct>());
265 ///
266 /// // Note that reordering the fields can lower the size. We can remove both padding bytes
267 /// // by putting `third` before `second`.
268 /// #[repr(C)]
269 /// struct FieldStructOptimized {
270 ///     first: u8,
271 ///     third: u8,
272 ///     second: u16
273 /// }
274 ///
275 /// assert_eq!(4, mem::size_of::<FieldStructOptimized>());
276 ///
277 /// // Union size is the size of the largest field.
278 /// #[repr(C)]
279 /// union ExampleUnion {
280 ///     smaller: u8,
281 ///     larger: u16
282 /// }
283 ///
284 /// assert_eq!(2, mem::size_of::<ExampleUnion>());
285 /// ```
286 ///
287 /// [alignment]: ./fn.align_of.html
288 #[inline]
289 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
290 #[rustc_promotable]
291 pub const fn size_of<T>() -> usize {
292     intrinsics::size_of::<T>()
293 }
294
295 /// Returns the size of the pointed-to value in bytes.
296 ///
297 /// This is usually the same as `size_of::<T>()`. However, when `T` *has* no
298 /// statically-known size, e.g., a slice [`[T]`][slice] or a [trait object],
299 /// then `size_of_val` can be used to get the dynamically-known size.
300 ///
301 /// [slice]: ../../std/primitive.slice.html
302 /// [trait object]: ../../book/ch17-02-trait-objects.html
303 ///
304 /// # Examples
305 ///
306 /// ```
307 /// use std::mem;
308 ///
309 /// assert_eq!(4, mem::size_of_val(&5i32));
310 ///
311 /// let x: [u8; 13] = [0; 13];
312 /// let y: &[u8] = &x;
313 /// assert_eq!(13, mem::size_of_val(y));
314 /// ```
315 #[inline]
316 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
317 pub fn size_of_val<T: ?Sized>(val: &T) -> usize {
318     unsafe { intrinsics::size_of_val(val) }
319 }
320
321 /// Returns the [ABI]-required minimum alignment of a type.
322 ///
323 /// Every reference to a value of the type `T` must be a multiple of this number.
324 ///
325 /// This is the alignment used for struct fields. It may be smaller than the preferred alignment.
326 ///
327 /// [ABI]: https://en.wikipedia.org/wiki/Application_binary_interface
328 ///
329 /// # Examples
330 ///
331 /// ```
332 /// # #![allow(deprecated)]
333 /// use std::mem;
334 ///
335 /// assert_eq!(4, mem::min_align_of::<i32>());
336 /// ```
337 #[inline]
338 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
339 #[rustc_deprecated(reason = "use `align_of` instead", since = "1.2.0")]
340 pub fn min_align_of<T>() -> usize {
341     intrinsics::min_align_of::<T>()
342 }
343
344 /// Returns the [ABI]-required minimum alignment of the type of the value that `val` points to.
345 ///
346 /// Every reference to a value of the type `T` must be a multiple of this number.
347 ///
348 /// [ABI]: https://en.wikipedia.org/wiki/Application_binary_interface
349 ///
350 /// # Examples
351 ///
352 /// ```
353 /// # #![allow(deprecated)]
354 /// use std::mem;
355 ///
356 /// assert_eq!(4, mem::min_align_of_val(&5i32));
357 /// ```
358 #[inline]
359 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
360 #[rustc_deprecated(reason = "use `align_of_val` instead", since = "1.2.0")]
361 pub fn min_align_of_val<T: ?Sized>(val: &T) -> usize {
362     unsafe { intrinsics::min_align_of_val(val) }
363 }
364
365 /// Returns the [ABI]-required minimum alignment of a type.
366 ///
367 /// Every reference to a value of the type `T` must be a multiple of this number.
368 ///
369 /// This is the alignment used for struct fields. It may be smaller than the preferred alignment.
370 ///
371 /// [ABI]: https://en.wikipedia.org/wiki/Application_binary_interface
372 ///
373 /// # Examples
374 ///
375 /// ```
376 /// use std::mem;
377 ///
378 /// assert_eq!(4, mem::align_of::<i32>());
379 /// ```
380 #[inline]
381 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
382 #[rustc_promotable]
383 pub const fn align_of<T>() -> usize {
384     intrinsics::min_align_of::<T>()
385 }
386
387 /// Returns the [ABI]-required minimum alignment of the type of the value that `val` points to.
388 ///
389 /// Every reference to a value of the type `T` must be a multiple of this number.
390 ///
391 /// [ABI]: https://en.wikipedia.org/wiki/Application_binary_interface
392 ///
393 /// # Examples
394 ///
395 /// ```
396 /// use std::mem;
397 ///
398 /// assert_eq!(4, mem::align_of_val(&5i32));
399 /// ```
400 #[inline]
401 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
402 pub fn align_of_val<T: ?Sized>(val: &T) -> usize {
403     unsafe { intrinsics::min_align_of_val(val) }
404 }
405
406 /// Returns `true` if dropping values of type `T` matters.
407 ///
408 /// This is purely an optimization hint, and may be implemented conservatively:
409 /// it may return `true` for types that don't actually need to be dropped.
410 /// As such always returning `true` would be a valid implementation of
411 /// this function. However if this function actually returns `false`, then you
412 /// can be certain dropping `T` has no side effect.
413 ///
414 /// Low level implementations of things like collections, which need to manually
415 /// drop their data, should use this function to avoid unnecessarily
416 /// trying to drop all their contents when they are destroyed. This might not
417 /// make a difference in release builds (where a loop that has no side-effects
418 /// is easily detected and eliminated), but is often a big win for debug builds.
419 ///
420 /// Note that `ptr::drop_in_place` already performs this check, so if your workload
421 /// can be reduced to some small number of drop_in_place calls, using this is
422 /// unnecessary. In particular note that you can drop_in_place a slice, and that
423 /// will do a single needs_drop check for all the values.
424 ///
425 /// Types like Vec therefore just `drop_in_place(&mut self[..])` without using
426 /// needs_drop explicitly. Types like HashMap, on the other hand, have to drop
427 /// values one at a time and should use this API.
428 ///
429 ///
430 /// # Examples
431 ///
432 /// Here's an example of how a collection might make use of needs_drop:
433 ///
434 /// ```
435 /// use std::{mem, ptr};
436 ///
437 /// pub struct MyCollection<T> {
438 /// #   data: [T; 1],
439 ///     /* ... */
440 /// }
441 /// # impl<T> MyCollection<T> {
442 /// #   fn iter_mut(&mut self) -> &mut [T] { &mut self.data }
443 /// #   fn free_buffer(&mut self) {}
444 /// # }
445 ///
446 /// impl<T> Drop for MyCollection<T> {
447 ///     fn drop(&mut self) {
448 ///         unsafe {
449 ///             // drop the data
450 ///             if mem::needs_drop::<T>() {
451 ///                 for x in self.iter_mut() {
452 ///                     ptr::drop_in_place(x);
453 ///                 }
454 ///             }
455 ///             self.free_buffer();
456 ///         }
457 ///     }
458 /// }
459 /// ```
460 #[inline]
461 #[stable(feature = "needs_drop", since = "1.21.0")]
462 #[rustc_const_unstable(feature = "const_needs_drop")]
463 pub const fn needs_drop<T>() -> bool {
464     intrinsics::needs_drop::<T>()
465 }
466
467 /// Creates a value whose bytes are all zero.
468 ///
469 /// This has the same effect as allocating space with
470 /// [`mem::uninitialized`][uninit] and then zeroing it out. It is useful for
471 /// FFI sometimes, but should generally be avoided.
472 ///
473 /// There is no guarantee that an all-zero byte-pattern represents a valid value of
474 /// some type `T`. If `T` has a destructor and the value is destroyed (due to
475 /// a panic or the end of a scope) before being initialized, then the destructor
476 /// will run on zeroed data, likely leading to [undefined behavior][ub].
477 ///
478 /// See also the documentation for [`mem::uninitialized`][uninit], which has
479 /// many of the same caveats.
480 ///
481 /// [uninit]: fn.uninitialized.html
482 /// [ub]: ../../reference/behavior-considered-undefined.html
483 ///
484 /// # Examples
485 ///
486 /// ```
487 /// use std::mem;
488 ///
489 /// let x: i32 = unsafe { mem::zeroed() };
490 /// assert_eq!(0, x);
491 /// ```
492 #[inline]
493 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
494 pub unsafe fn zeroed<T>() -> T {
495     intrinsics::panic_if_uninhabited::<T>();
496     intrinsics::init()
497 }
498
499 /// Bypasses Rust's normal memory-initialization checks by pretending to
500 /// produce a value of type `T`, while doing nothing at all.
501 ///
502 /// **This is incredibly dangerous and should not be done lightly. Deeply
503 /// consider initializing your memory with a default value instead.**
504 ///
505 /// This is useful for FFI functions and initializing arrays sometimes,
506 /// but should generally be avoided.
507 ///
508 /// # Undefined behavior
509 ///
510 /// It is [undefined behavior][ub] to read uninitialized memory, even just an
511 /// uninitialized boolean. For instance, if you branch on the value of such
512 /// a boolean, your program may take one, both, or neither of the branches.
513 ///
514 /// Writing to the uninitialized value is similarly dangerous. Rust believes the
515 /// value is initialized, and will therefore try to [`Drop`] the uninitialized
516 /// value and its fields if you try to overwrite it in a normal manner. The only way
517 /// to safely initialize an uninitialized value is with [`ptr::write`][write],
518 /// [`ptr::copy`][copy], or [`ptr::copy_nonoverlapping`][copy_no].
519 ///
520 /// If the value does implement [`Drop`], it must be initialized before
521 /// it goes out of scope (and therefore would be dropped). Note that this
522 /// includes a `panic` occurring and unwinding the stack suddenly.
523 ///
524 /// If you partially initialize an array, you may need to use
525 /// [`ptr::drop_in_place`][drop_in_place] to remove the elements you have fully
526 /// initialized followed by [`mem::forget`][mem_forget] to prevent drop running
527 /// on the array. If a partially allocated array is dropped this will lead to
528 /// undefined behaviour.
529 ///
530 /// # Examples
531 ///
532 /// Here's how to safely initialize an array of [`Vec`]s.
533 ///
534 /// ```
535 /// use std::mem;
536 /// use std::ptr;
537 ///
538 /// // Only declare the array. This safely leaves it
539 /// // uninitialized in a way that Rust will track for us.
540 /// // However we can't initialize it element-by-element
541 /// // safely, and we can't use the `[value; 1000]`
542 /// // constructor because it only works with `Copy` data.
543 /// let mut data: [Vec<u32>; 1000];
544 ///
545 /// unsafe {
546 ///     // So we need to do this to initialize it.
547 ///     data = mem::uninitialized();
548 ///
549 ///     // DANGER ZONE: if anything panics or otherwise
550 ///     // incorrectly reads the array here, we will have
551 ///     // Undefined Behavior.
552 ///
553 ///     // It's ok to mutably iterate the data, since this
554 ///     // doesn't involve reading it at all.
555 ///     // (ptr and len are statically known for arrays)
556 ///     for elem in &mut data[..] {
557 ///         // *elem = Vec::new() would try to drop the
558 ///         // uninitialized memory at `elem` -- bad!
559 ///         //
560 ///         // Vec::new doesn't allocate or do really
561 ///         // anything. It's only safe to call here
562 ///         // because we know it won't panic.
563 ///         ptr::write(elem, Vec::new());
564 ///     }
565 ///
566 ///     // SAFE ZONE: everything is initialized.
567 /// }
568 ///
569 /// println!("{:?}", &data[0]);
570 /// ```
571 ///
572 /// This example emphasizes exactly how delicate and dangerous using `mem::uninitialized`
573 /// can be. Note that the [`vec!`] macro *does* let you initialize every element with a
574 /// value that is only [`Clone`], so the following is semantically equivalent and
575 /// vastly less dangerous, as long as you can live with an extra heap
576 /// allocation:
577 ///
578 /// ```
579 /// let data: Vec<Vec<u32>> = vec![Vec::new(); 1000];
580 /// println!("{:?}", &data[0]);
581 /// ```
582 ///
583 /// This example shows how to handle partially initialized arrays, which could
584 /// be found in low-level datastructures.
585 ///
586 /// ```
587 /// use std::mem;
588 /// use std::ptr;
589 ///
590 /// // Count the number of elements we have assigned.
591 /// let mut data_len: usize = 0;
592 /// let mut data: [String; 1000];
593 ///
594 /// unsafe {
595 ///     data = mem::uninitialized();
596 ///
597 ///     for elem in &mut data[0..500] {
598 ///         ptr::write(elem, String::from("hello"));
599 ///         data_len += 1;
600 ///     }
601 ///
602 ///     // For each item in the array, drop if we allocated it.
603 ///     for i in &mut data[0..data_len] {
604 ///         ptr::drop_in_place(i);
605 ///     }
606 /// }
607 /// // Forget the data. If this is allowed to drop, you may see a crash such as:
608 /// // 'mem_uninit_test(2457,0x7fffb55dd380) malloc: *** error for object
609 /// // 0x7ff3b8402920: pointer being freed was not allocated'
610 /// mem::forget(data);
611 /// ```
612 ///
613 /// [`Vec`]: ../../std/vec/struct.Vec.html
614 /// [`vec!`]: ../../std/macro.vec.html
615 /// [`Clone`]: ../../std/clone/trait.Clone.html
616 /// [ub]: ../../reference/behavior-considered-undefined.html
617 /// [write]: ../ptr/fn.write.html
618 /// [drop_in_place]: ../ptr/fn.drop_in_place.html
619 /// [mem_zeroed]: fn.zeroed.html
620 /// [mem_forget]: fn.forget.html
621 /// [copy]: ../intrinsics/fn.copy.html
622 /// [copy_no]: ../intrinsics/fn.copy_nonoverlapping.html
623 /// [`Drop`]: ../ops/trait.Drop.html
624 #[inline]
625 #[rustc_deprecated(since = "2.0.0", reason = "use `mem::MaybeUninit::uninitialized` instead")]
626 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
627 pub unsafe fn uninitialized<T>() -> T {
628     intrinsics::panic_if_uninhabited::<T>();
629     intrinsics::uninit()
630 }
631
632 /// Swaps the values at two mutable locations, without deinitializing either one.
633 ///
634 /// # Examples
635 ///
636 /// ```
637 /// use std::mem;
638 ///
639 /// let mut x = 5;
640 /// let mut y = 42;
641 ///
642 /// mem::swap(&mut x, &mut y);
643 ///
644 /// assert_eq!(42, x);
645 /// assert_eq!(5, y);
646 /// ```
647 #[inline]
648 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
649 pub fn swap<T>(x: &mut T, y: &mut T) {
650     unsafe {
651         ptr::swap_nonoverlapping_one(x, y);
652     }
653 }
654
655 /// Moves `src` into the referenced `dest`, returning the previous `dest` value.
656 ///
657 /// Neither value is dropped.
658 ///
659 /// # Examples
660 ///
661 /// A simple example:
662 ///
663 /// ```
664 /// use std::mem;
665 ///
666 /// let mut v: Vec<i32> = vec![1, 2];
667 ///
668 /// let old_v = mem::replace(&mut v, vec![3, 4, 5]);
669 /// assert_eq!(2, old_v.len());
670 /// assert_eq!(3, v.len());
671 /// ```
672 ///
673 /// `replace` allows consumption of a struct field by replacing it with another value.
674 /// Without `replace` you can run into issues like these:
675 ///
676 /// ```compile_fail,E0507
677 /// struct Buffer<T> { buf: Vec<T> }
678 ///
679 /// impl<T> Buffer<T> {
680 ///     fn get_and_reset(&mut self) -> Vec<T> {
681 ///         // error: cannot move out of dereference of `&mut`-pointer
682 ///         let buf = self.buf;
683 ///         self.buf = Vec::new();
684 ///         buf
685 ///     }
686 /// }
687 /// ```
688 ///
689 /// Note that `T` does not necessarily implement [`Clone`], so it can't even clone and reset
690 /// `self.buf`. But `replace` can be used to disassociate the original value of `self.buf` from
691 /// `self`, allowing it to be returned:
692 ///
693 /// ```
694 /// # #![allow(dead_code)]
695 /// use std::mem;
696 ///
697 /// # struct Buffer<T> { buf: Vec<T> }
698 /// impl<T> Buffer<T> {
699 ///     fn get_and_reset(&mut self) -> Vec<T> {
700 ///         mem::replace(&mut self.buf, Vec::new())
701 ///     }
702 /// }
703 /// ```
704 ///
705 /// [`Clone`]: ../../std/clone/trait.Clone.html
706 #[inline]
707 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
708 pub fn replace<T>(dest: &mut T, mut src: T) -> T {
709     swap(dest, &mut src);
710     src
711 }
712
713 /// Disposes of a value.
714 ///
715 /// This does call the argument's implementation of [`Drop`][drop].
716 ///
717 /// This effectively does nothing for types which implement `Copy`, e.g.
718 /// integers. Such values are copied and _then_ moved into the function, so the
719 /// value persists after this function call.
720 ///
721 /// This function is not magic; it is literally defined as
722 ///
723 /// ```
724 /// pub fn drop<T>(_x: T) { }
725 /// ```
726 ///
727 /// Because `_x` is moved into the function, it is automatically dropped before
728 /// the function returns.
729 ///
730 /// [drop]: ../ops/trait.Drop.html
731 ///
732 /// # Examples
733 ///
734 /// Basic usage:
735 ///
736 /// ```
737 /// let v = vec![1, 2, 3];
738 ///
739 /// drop(v); // explicitly drop the vector
740 /// ```
741 ///
742 /// Since [`RefCell`] enforces the borrow rules at runtime, `drop` can
743 /// release a [`RefCell`] borrow:
744 ///
745 /// ```
746 /// use std::cell::RefCell;
747 ///
748 /// let x = RefCell::new(1);
749 ///
750 /// let mut mutable_borrow = x.borrow_mut();
751 /// *mutable_borrow = 1;
752 ///
753 /// drop(mutable_borrow); // relinquish the mutable borrow on this slot
754 ///
755 /// let borrow = x.borrow();
756 /// println!("{}", *borrow);
757 /// ```
758 ///
759 /// Integers and other types implementing [`Copy`] are unaffected by `drop`.
760 ///
761 /// ```
762 /// #[derive(Copy, Clone)]
763 /// struct Foo(u8);
764 ///
765 /// let x = 1;
766 /// let y = Foo(2);
767 /// drop(x); // a copy of `x` is moved and dropped
768 /// drop(y); // a copy of `y` is moved and dropped
769 ///
770 /// println!("x: {}, y: {}", x, y.0); // still available
771 /// ```
772 ///
773 /// [`RefCell`]: ../../std/cell/struct.RefCell.html
774 /// [`Copy`]: ../../std/marker/trait.Copy.html
775 #[inline]
776 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
777 pub fn drop<T>(_x: T) { }
778
779 /// Interprets `src` as having type `&U`, and then reads `src` without moving
780 /// the contained value.
781 ///
782 /// This function will unsafely assume the pointer `src` is valid for
783 /// [`size_of::<U>`][size_of] bytes by transmuting `&T` to `&U` and then reading
784 /// the `&U`. It will also unsafely create a copy of the contained value instead of
785 /// moving out of `src`.
786 ///
787 /// It is not a compile-time error if `T` and `U` have different sizes, but it
788 /// is highly encouraged to only invoke this function where `T` and `U` have the
789 /// same size. This function triggers [undefined behavior][ub] if `U` is larger than
790 /// `T`.
791 ///
792 /// [ub]: ../../reference/behavior-considered-undefined.html
793 /// [size_of]: fn.size_of.html
794 ///
795 /// # Examples
796 ///
797 /// ```
798 /// use std::mem;
799 ///
800 /// #[repr(packed)]
801 /// struct Foo {
802 ///     bar: u8,
803 /// }
804 ///
805 /// let foo_slice = [10u8];
806 ///
807 /// unsafe {
808 ///     // Copy the data from 'foo_slice' and treat it as a 'Foo'
809 ///     let mut foo_struct: Foo = mem::transmute_copy(&foo_slice);
810 ///     assert_eq!(foo_struct.bar, 10);
811 ///
812 ///     // Modify the copied data
813 ///     foo_struct.bar = 20;
814 ///     assert_eq!(foo_struct.bar, 20);
815 /// }
816 ///
817 /// // The contents of 'foo_slice' should not have changed
818 /// assert_eq!(foo_slice, [10]);
819 /// ```
820 #[inline]
821 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
822 pub unsafe fn transmute_copy<T, U>(src: &T) -> U {
823     ptr::read_unaligned(src as *const T as *const U)
824 }
825
826 /// Opaque type representing the discriminant of an enum.
827 ///
828 /// See the [`discriminant`] function in this module for more information.
829 ///
830 /// [`discriminant`]: fn.discriminant.html
831 #[stable(feature = "discriminant_value", since = "1.21.0")]
832 pub struct Discriminant<T>(u64, PhantomData<fn() -> T>);
833
834 // N.B. These trait implementations cannot be derived because we don't want any bounds on T.
835
836 #[stable(feature = "discriminant_value", since = "1.21.0")]
837 impl<T> Copy for Discriminant<T> {}
838
839 #[stable(feature = "discriminant_value", since = "1.21.0")]
840 impl<T> clone::Clone for Discriminant<T> {
841     fn clone(&self) -> Self {
842         *self
843     }
844 }
845
846 #[stable(feature = "discriminant_value", since = "1.21.0")]
847 impl<T> cmp::PartialEq for Discriminant<T> {
848     fn eq(&self, rhs: &Self) -> bool {
849         self.0 == rhs.0
850     }
851 }
852
853 #[stable(feature = "discriminant_value", since = "1.21.0")]
854 impl<T> cmp::Eq for Discriminant<T> {}
855
856 #[stable(feature = "discriminant_value", since = "1.21.0")]
857 impl<T> hash::Hash for Discriminant<T> {
858     fn hash<H: hash::Hasher>(&self, state: &mut H) {
859         self.0.hash(state);
860     }
861 }
862
863 #[stable(feature = "discriminant_value", since = "1.21.0")]
864 impl<T> fmt::Debug for Discriminant<T> {
865     fn fmt(&self, fmt: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
866         fmt.debug_tuple("Discriminant")
867            .field(&self.0)
868            .finish()
869     }
870 }
871
872 /// Returns a value uniquely identifying the enum variant in `v`.
873 ///
874 /// If `T` is not an enum, calling this function will not result in undefined behavior, but the
875 /// return value is unspecified.
876 ///
877 /// # Stability
878 ///
879 /// The discriminant of an enum variant may change if the enum definition changes. A discriminant
880 /// of some variant will not change between compilations with the same compiler.
881 ///
882 /// # Examples
883 ///
884 /// This can be used to compare enums that carry data, while disregarding
885 /// the actual data:
886 ///
887 /// ```
888 /// use std::mem;
889 ///
890 /// enum Foo { A(&'static str), B(i32), C(i32) }
891 ///
892 /// assert!(mem::discriminant(&Foo::A("bar")) == mem::discriminant(&Foo::A("baz")));
893 /// assert!(mem::discriminant(&Foo::B(1))     == mem::discriminant(&Foo::B(2)));
894 /// assert!(mem::discriminant(&Foo::B(3))     != mem::discriminant(&Foo::C(3)));
895 /// ```
896 #[stable(feature = "discriminant_value", since = "1.21.0")]
897 pub fn discriminant<T>(v: &T) -> Discriminant<T> {
898     unsafe {
899         Discriminant(intrinsics::discriminant_value(v), PhantomData)
900     }
901 }
902
903 /// A wrapper to inhibit compiler from automatically calling `T`’s destructor.
904 ///
905 /// This wrapper is 0-cost.
906 ///
907 /// # Examples
908 ///
909 /// This wrapper helps with explicitly documenting the drop order dependencies between fields of
910 /// the type:
911 ///
912 /// ```rust
913 /// use std::mem::ManuallyDrop;
914 /// struct Peach;
915 /// struct Banana;
916 /// struct Melon;
917 /// struct FruitBox {
918 ///     // Immediately clear there’s something non-trivial going on with these fields.
919 ///     peach: ManuallyDrop<Peach>,
920 ///     melon: Melon, // Field that’s independent of the other two.
921 ///     banana: ManuallyDrop<Banana>,
922 /// }
923 ///
924 /// impl Drop for FruitBox {
925 ///     fn drop(&mut self) {
926 ///         unsafe {
927 ///             // Explicit ordering in which field destructors are run specified in the intuitive
928 ///             // location â€“ the destructor of the structure containing the fields.
929 ///             // Moreover, one can now reorder fields within the struct however much they want.
930 ///             ManuallyDrop::drop(&mut self.peach);
931 ///             ManuallyDrop::drop(&mut self.banana);
932 ///         }
933 ///         // After destructor for `FruitBox` runs (this function), the destructor for Melon gets
934 ///         // invoked in the usual manner, as it is not wrapped in `ManuallyDrop`.
935 ///     }
936 /// }
937 /// ```
938 #[stable(feature = "manually_drop", since = "1.20.0")]
939 #[lang = "manually_drop"]
940 #[derive(Copy, Clone, Debug, Default, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash)]
941 #[repr(transparent)]
942 pub struct ManuallyDrop<T: ?Sized> {
943     value: T,
944 }
945
946 impl<T> ManuallyDrop<T> {
947     /// Wrap a value to be manually dropped.
948     ///
949     /// # Examples
950     ///
951     /// ```rust
952     /// use std::mem::ManuallyDrop;
953     /// ManuallyDrop::new(Box::new(()));
954     /// ```
955     #[stable(feature = "manually_drop", since = "1.20.0")]
956     #[inline(always)]
957     pub const fn new(value: T) -> ManuallyDrop<T> {
958         ManuallyDrop { value }
959     }
960
961     /// Extracts the value from the `ManuallyDrop` container.
962     ///
963     /// This allows the value to be dropped again.
964     ///
965     /// # Examples
966     ///
967     /// ```rust
968     /// use std::mem::ManuallyDrop;
969     /// let x = ManuallyDrop::new(Box::new(()));
970     /// let _: Box<()> = ManuallyDrop::into_inner(x); // This drops the `Box`.
971     /// ```
972     #[stable(feature = "manually_drop", since = "1.20.0")]
973     #[inline(always)]
974     pub const fn into_inner(slot: ManuallyDrop<T>) -> T {
975         slot.value
976     }
977
978     /// Takes the contained value out.
979     ///
980     /// This method is primarily intended for moving out values in drop.
981     /// Instead of using [`ManuallyDrop::drop`] to manually drop the value,
982     /// you can use this method to take the value and use it however desired.
983     /// `Drop` will be invoked on the returned value following normal end-of-scope rules.
984     ///
985     /// If you have ownership of the container, you can use [`ManuallyDrop::into_inner`] instead.
986     ///
987     /// # Safety
988     ///
989     /// This function semantically moves out the contained value without preventing further usage.
990     /// It is up to the user of this method to ensure that this container is not used again.
991     ///
992     /// [`ManuallyDrop::drop`]: #method.drop
993     /// [`ManuallyDrop::into_inner`]: #method.into_inner
994     #[must_use = "if you don't need the value, you can use `ManuallyDrop::drop` instead"]
995     #[unstable(feature = "manually_drop_take", issue = "55422")]
996     #[inline]
997     pub unsafe fn take(slot: &mut ManuallyDrop<T>) -> T {
998         ManuallyDrop::into_inner(ptr::read(slot))
999     }
1000 }
1001
1002 impl<T: ?Sized> ManuallyDrop<T> {
1003     /// Manually drops the contained value.
1004     ///
1005     /// If you have ownership of the value, you can use [`ManuallyDrop::into_inner`] instead.
1006     ///
1007     /// # Safety
1008     ///
1009     /// This function runs the destructor of the contained value and thus the wrapped value
1010     /// now represents uninitialized data. It is up to the user of this method to ensure the
1011     /// uninitialized data is not actually used.
1012     ///
1013     /// [`ManuallyDrop::into_inner`]: #method.into_inner
1014     #[stable(feature = "manually_drop", since = "1.20.0")]
1015     #[inline]
1016     pub unsafe fn drop(slot: &mut ManuallyDrop<T>) {
1017         ptr::drop_in_place(&mut slot.value)
1018     }
1019 }
1020
1021 #[stable(feature = "manually_drop", since = "1.20.0")]
1022 impl<T: ?Sized> Deref for ManuallyDrop<T> {
1023     type Target = T;
1024     #[inline(always)]
1025     fn deref(&self) -> &T {
1026         &self.value
1027     }
1028 }
1029
1030 #[stable(feature = "manually_drop", since = "1.20.0")]
1031 impl<T: ?Sized> DerefMut for ManuallyDrop<T> {
1032     #[inline(always)]
1033     fn deref_mut(&mut self) -> &mut T {
1034         &mut self.value
1035     }
1036 }
1037
1038 /// A newtype to construct uninitialized instances of `T`.
1039 ///
1040 /// The compiler, in general, assumes that variables are properly initialized
1041 /// at their respective type. For example, a variable of reference type must
1042 /// be aligned and non-NULL. This is an invariant that must *always* be upheld,
1043 /// even in unsafe code. As a consequence, zero-initializing a variable of reference
1044 /// type causes instantaneous undefined behavior, no matter whether that reference
1045 /// ever gets used to access memory:
1046 ///
1047 /// ```rust,no_run
1048 /// #![feature(maybe_uninit)]
1049 /// use std::mem::{self, MaybeUninit};
1050 ///
1051 /// let x: &i32 = unsafe { mem::zeroed() }; // undefined behavior!
1052 /// // equivalent code with `MaybeUninit`
1053 /// let x: &i32 = unsafe { MaybeUninit::zeroed().into_initialized() }; // undefined behavior!
1054 /// ```
1055 ///
1056 /// This is exploited by the compiler for various optimizations, such as eliding
1057 /// run-time checks and optimizing `enum` layout.
1058 ///
1059 /// Not initializing memory at all (instead of zero-initializing it) causes the same
1060 /// issue: after all, the initial value of the variable might just happen to be
1061 /// one that violates the invariant. Moreover, uninitialized memory is special
1062 /// in that the compiler knows that it does not have a fixed value. This makes
1063 /// it undefined behavior to have uninitialized data in a variable even if that
1064 /// variable has otherwise no restrictions about which values are valid:
1065 ///
1066 /// ```rust,no_run
1067 /// #![feature(maybe_uninit)]
1068 /// use std::mem::{self, MaybeUninit};
1069 ///
1070 /// let x: i32 = unsafe { mem::uninitialized() }; // undefined behavior!
1071 /// // equivalent code with `MaybeUninit`
1072 /// let x: i32 = unsafe { MaybeUninit::uninitialized().into_initialized() }; // undefined behavior!
1073 /// ```
1074 /// (Notice that the rules around uninitialized integers are not finalized yet, but
1075 /// until they are, it is advisable to avoid them.)
1076 ///
1077 /// `MaybeUninit` serves to enable unsafe code to deal with uninitialized data:
1078 /// it is a signal to the compiler indicating that the data here might *not*
1079 /// be initialized:
1080 ///
1081 /// ```rust
1082 /// #![feature(maybe_uninit)]
1083 /// use std::mem::MaybeUninit;
1084 ///
1085 /// // Create an explicitly uninitialized reference. The compiler knows that data inside
1086 /// // a `MaybeUninit` may be invalid, and hence this is not UB:
1087 /// let mut x = MaybeUninit::<&i32>::uninitialized();
1088 /// // Set it to a valid value.
1089 /// x.set(&0);
1090 /// // Extract the initialized data -- this is only allowed *after* properly
1091 /// // initializing `x`!
1092 /// let x = unsafe { x.into_initialized() };
1093 /// ```
1094 ///
1095 /// The compiler then knows to not optimize this code.
1096 // FIXME before stabilizing, explain how to initialize a struct field-by-field.
1097 #[allow(missing_debug_implementations)]
1098 #[unstable(feature = "maybe_uninit", issue = "53491")]
1099 // NOTE after stabilizing `MaybeUninit` proceed to deprecate `mem::{uninitialized,zeroed}`
1100 pub union MaybeUninit<T> {
1101     uninit: (),
1102     value: ManuallyDrop<T>,
1103 }
1104
1105 impl<T> MaybeUninit<T> {
1106     /// Create a new `MaybeUninit` initialized with the given value.
1107     ///
1108     /// Note that dropping a `MaybeUninit` will never call `T`'s drop code.
1109     /// It is your responsibility to make sure `T` gets dropped if it got initialized.
1110     #[unstable(feature = "maybe_uninit", issue = "53491")]
1111     #[inline(always)]
1112     pub const fn new(val: T) -> MaybeUninit<T> {
1113         MaybeUninit { value: ManuallyDrop::new(val) }
1114     }
1115
1116     /// Creates a new `MaybeUninit` in an uninitialized state.
1117     ///
1118     /// Note that dropping a `MaybeUninit` will never call `T`'s drop code.
1119     /// It is your responsibility to make sure `T` gets dropped if it got initialized.
1120     #[unstable(feature = "maybe_uninit", issue = "53491")]
1121     #[inline(always)]
1122     pub const fn uninitialized() -> MaybeUninit<T> {
1123         MaybeUninit { uninit: () }
1124     }
1125
1126     /// Creates a new `MaybeUninit` in an uninitialized state, with the memory being
1127     /// filled with `0` bytes. It depends on `T` whether that already makes for
1128     /// proper initialization. For example, `MaybeUninit<usize>::zeroed()` is initialized,
1129     /// but `MaybeUninit<&'static i32>::zeroed()` is not because references must not
1130     /// be null.
1131     ///
1132     /// Note that dropping a `MaybeUninit` will never call `T`'s drop code.
1133     /// It is your responsibility to make sure `T` gets dropped if it got initialized.
1134     #[unstable(feature = "maybe_uninit", issue = "53491")]
1135     #[inline]
1136     pub fn zeroed() -> MaybeUninit<T> {
1137         let mut u = MaybeUninit::<T>::uninitialized();
1138         unsafe {
1139             u.as_mut_ptr().write_bytes(0u8, 1);
1140         }
1141         u
1142     }
1143
1144     /// Sets the value of the `MaybeUninit`. This overwrites any previous value without dropping it.
1145     /// For your convenience, this also returns a mutable reference to the (now safely initialized)
1146     /// contents of `self`.
1147     #[unstable(feature = "maybe_uninit", issue = "53491")]
1148     #[inline(always)]
1149     pub fn set(&mut self, val: T) -> &mut T {
1150         unsafe {
1151             self.value = ManuallyDrop::new(val);
1152             self.get_mut()
1153         }
1154     }
1155
1156     /// Gets a pointer to the contained value. Reading from this pointer or turning it
1157     /// into a reference will be undefined behavior unless the `MaybeUninit` is initialized.
1158     #[unstable(feature = "maybe_uninit", issue = "53491")]
1159     #[inline(always)]
1160     pub fn as_ptr(&self) -> *const T {
1161         unsafe { &*self.value as *const T }
1162     }
1163
1164     /// Gets a mutable pointer to the contained value. Reading from this pointer or turning it
1165     /// into a reference will be undefined behavior unless the `MaybeUninit` is initialized.
1166     #[unstable(feature = "maybe_uninit", issue = "53491")]
1167     #[inline(always)]
1168     pub fn as_mut_ptr(&mut self) -> *mut T {
1169         unsafe { &mut *self.value as *mut T }
1170     }
1171
1172     /// Extracts the value from the `MaybeUninit` container. This is a great way
1173     /// to ensure that the data will get dropped, because the resulting `T` is
1174     /// subject to the usual drop handling.
1175     ///
1176     /// # Safety
1177     ///
1178     /// It is up to the caller to guarantee that the `MaybeUninit` really is in an initialized
1179     /// state. Calling this when the content is not yet fully initialized causes undefined
1180     /// behavior.
1181     #[unstable(feature = "maybe_uninit", issue = "53491")]
1182     #[inline(always)]
1183     pub unsafe fn into_initialized(self) -> T {
1184         intrinsics::panic_if_uninhabited::<T>();
1185         ManuallyDrop::into_inner(self.value)
1186     }
1187
1188     /// Gets a reference to the contained value.
1189     ///
1190     /// # Safety
1191     ///
1192     /// It is up to the caller to guarantee that the `MaybeUninit` really is in an initialized
1193     /// state. Calling this when the content is not yet fully initialized causes undefined
1194     /// behavior.
1195     #[unstable(feature = "maybe_uninit_ref", issue = "53491")]
1196     #[inline(always)]
1197     pub unsafe fn get_ref(&self) -> &T {
1198         &*self.value
1199     }
1200
1201     /// Gets a mutable reference to the contained value.
1202     ///
1203     /// # Safety
1204     ///
1205     /// It is up to the caller to guarantee that the `MaybeUninit` really is in an initialized
1206     /// state. Calling this when the content is not yet fully initialized causes undefined
1207     /// behavior.
1208     // FIXME(#53491): We currently rely on the above being incorrect, i.e., we have references
1209     // to uninitialized data (e.g., in `libcore/fmt/float.rs`).  We should make
1210     // a final decision about the rules before stabilization.
1211     #[unstable(feature = "maybe_uninit_ref", issue = "53491")]
1212     #[inline(always)]
1213     pub unsafe fn get_mut(&mut self) -> &mut T {
1214         &mut *self.value
1215     }
1216
1217     /// Gets a pointer to the first element of the array.
1218     #[unstable(feature = "maybe_uninit_slice", issue = "53491")]
1219     #[inline(always)]
1220     pub fn first_ptr(this: &[MaybeUninit<T>]) -> *const T {
1221         this as *const [MaybeUninit<T>] as *const T
1222     }
1223
1224     /// Gets a mutable pointer to the first element of the array.
1225     #[unstable(feature = "maybe_uninit_slice", issue = "53491")]
1226     #[inline(always)]
1227     pub fn first_ptr_mut(this: &mut [MaybeUninit<T>]) -> *mut T {
1228         this as *mut [MaybeUninit<T>] as *mut T
1229     }
1230 }