]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - compiler/rustc_trait_selection/src/traits/coherence.rs
Rollup merge of #92098 - semarie:openbsd-platform, r=pietroalbini
[rust.git] / compiler / rustc_trait_selection / src / traits / coherence.rs
1 //! See Rustc Dev Guide chapters on [trait-resolution] and [trait-specialization] for more info on
2 //! how this works.
3 //!
4 //! [trait-resolution]: https://rustc-dev-guide.rust-lang.org/traits/resolution.html
5 //! [trait-specialization]: https://rustc-dev-guide.rust-lang.org/traits/specialization.html
6
7 use crate::infer::{CombinedSnapshot, InferOk, TyCtxtInferExt};
8 use crate::traits::query::evaluate_obligation::InferCtxtExt;
9 use crate::traits::select::IntercrateAmbiguityCause;
10 use crate::traits::util::impl_trait_ref_and_oblig;
11 use crate::traits::SkipLeakCheck;
12 use crate::traits::{
13     self, FulfillmentContext, Normalized, Obligation, ObligationCause, PredicateObligation,
14     PredicateObligations, SelectionContext,
15 };
16 use rustc_hir::def_id::{DefId, LOCAL_CRATE};
17 use rustc_middle::ty::fast_reject::{self, SimplifyParams, StripReferences};
18 use rustc_middle::ty::fold::TypeFoldable;
19 use rustc_middle::ty::subst::Subst;
20 use rustc_middle::ty::{self, Ty, TyCtxt};
21 use rustc_span::symbol::sym;
22 use rustc_span::DUMMY_SP;
23 use std::iter;
24
25 /// Whether we do the orphan check relative to this crate or
26 /// to some remote crate.
27 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
28 enum InCrate {
29     Local,
30     Remote,
31 }
32
33 #[derive(Debug, Copy, Clone)]
34 pub enum Conflict {
35     Upstream,
36     Downstream,
37 }
38
39 pub struct OverlapResult<'tcx> {
40     pub impl_header: ty::ImplHeader<'tcx>,
41     pub intercrate_ambiguity_causes: Vec<IntercrateAmbiguityCause>,
42
43     /// `true` if the overlap might've been permitted before the shift
44     /// to universes.
45     pub involves_placeholder: bool,
46 }
47
48 pub fn add_placeholder_note(err: &mut rustc_errors::DiagnosticBuilder<'_>) {
49     err.note(
50         "this behavior recently changed as a result of a bug fix; \
51          see rust-lang/rust#56105 for details",
52     );
53 }
54
55 /// If there are types that satisfy both impls, invokes `on_overlap`
56 /// with a suitably-freshened `ImplHeader` with those types
57 /// substituted. Otherwise, invokes `no_overlap`.
58 #[instrument(skip(tcx, skip_leak_check, on_overlap, no_overlap), level = "debug")]
59 pub fn overlapping_impls<F1, F2, R>(
60     tcx: TyCtxt<'_>,
61     impl1_def_id: DefId,
62     impl2_def_id: DefId,
63     skip_leak_check: SkipLeakCheck,
64     on_overlap: F1,
65     no_overlap: F2,
66 ) -> R
67 where
68     F1: FnOnce(OverlapResult<'_>) -> R,
69     F2: FnOnce() -> R,
70 {
71     // Before doing expensive operations like entering an inference context, do
72     // a quick check via fast_reject to tell if the impl headers could possibly
73     // unify.
74     let impl1_ref = tcx.impl_trait_ref(impl1_def_id);
75     let impl2_ref = tcx.impl_trait_ref(impl2_def_id);
76
77     // Check if any of the input types definitely do not unify.
78     if iter::zip(
79         impl1_ref.iter().flat_map(|tref| tref.substs.types()),
80         impl2_ref.iter().flat_map(|tref| tref.substs.types()),
81     )
82     .any(|(ty1, ty2)| {
83         let t1 = fast_reject::simplify_type(tcx, ty1, SimplifyParams::No, StripReferences::No);
84         let t2 = fast_reject::simplify_type(tcx, ty2, SimplifyParams::No, StripReferences::No);
85
86         if let (Some(t1), Some(t2)) = (t1, t2) {
87             // Simplified successfully
88             t1 != t2
89         } else {
90             // Types might unify
91             false
92         }
93     }) {
94         // Some types involved are definitely different, so the impls couldn't possibly overlap.
95         debug!("overlapping_impls: fast_reject early-exit");
96         return no_overlap();
97     }
98
99     let overlaps = tcx.infer_ctxt().enter(|infcx| {
100         let selcx = &mut SelectionContext::intercrate(&infcx);
101         overlap(selcx, skip_leak_check, impl1_def_id, impl2_def_id).is_some()
102     });
103
104     if !overlaps {
105         return no_overlap();
106     }
107
108     // In the case where we detect an error, run the check again, but
109     // this time tracking intercrate ambuiguity causes for better
110     // diagnostics. (These take time and can lead to false errors.)
111     tcx.infer_ctxt().enter(|infcx| {
112         let selcx = &mut SelectionContext::intercrate(&infcx);
113         selcx.enable_tracking_intercrate_ambiguity_causes();
114         on_overlap(overlap(selcx, skip_leak_check, impl1_def_id, impl2_def_id).unwrap())
115     })
116 }
117
118 fn with_fresh_ty_vars<'cx, 'tcx>(
119     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
120     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
121     impl_def_id: DefId,
122 ) -> ty::ImplHeader<'tcx> {
123     let tcx = selcx.tcx();
124     let impl_substs = selcx.infcx().fresh_substs_for_item(DUMMY_SP, impl_def_id);
125
126     let header = ty::ImplHeader {
127         impl_def_id,
128         self_ty: tcx.type_of(impl_def_id).subst(tcx, impl_substs),
129         trait_ref: tcx.impl_trait_ref(impl_def_id).subst(tcx, impl_substs),
130         predicates: tcx.predicates_of(impl_def_id).instantiate(tcx, impl_substs).predicates,
131     };
132
133     let Normalized { value: mut header, obligations } =
134         traits::normalize(selcx, param_env, ObligationCause::dummy(), header);
135
136     header.predicates.extend(obligations.into_iter().map(|o| o.predicate));
137     header
138 }
139
140 /// What kind of overlap check are we doing -- this exists just for testing and feature-gating
141 /// purposes.
142 #[derive(Copy, Clone, PartialEq, Eq, Hash, Debug)]
143 enum OverlapMode {
144     /// The 1.0 rules (either types fail to unify, or where clauses are not implemented for crate-local types)
145     Stable,
146     /// Feature-gated test: Stable, *or* there is an explicit negative impl that rules out one of the where-clauses.
147     WithNegative,
148     /// Just check for negative impls, not for "where clause not implemented": used for testing.
149     Strict,
150 }
151
152 impl OverlapMode {
153     fn use_negative_impl(&self) -> bool {
154         *self == OverlapMode::Strict || *self == OverlapMode::WithNegative
155     }
156
157     fn use_implicit_negative(&self) -> bool {
158         *self == OverlapMode::Stable || *self == OverlapMode::WithNegative
159     }
160 }
161
162 fn overlap_mode<'tcx>(tcx: TyCtxt<'tcx>, impl1_def_id: DefId, impl2_def_id: DefId) -> OverlapMode {
163     if tcx.has_attr(impl1_def_id, sym::rustc_strict_coherence)
164         != tcx.has_attr(impl2_def_id, sym::rustc_strict_coherence)
165     {
166         bug!("Use strict coherence on both impls",);
167     }
168
169     if tcx.has_attr(impl1_def_id, sym::rustc_with_negative_coherence)
170         != tcx.has_attr(impl2_def_id, sym::rustc_with_negative_coherence)
171     {
172         bug!("Use with negative coherence on both impls",);
173     }
174
175     if tcx.has_attr(impl1_def_id, sym::rustc_strict_coherence) {
176         OverlapMode::Strict
177     } else if tcx.has_attr(impl1_def_id, sym::rustc_with_negative_coherence) {
178         OverlapMode::WithNegative
179     } else {
180         OverlapMode::Stable
181     }
182 }
183
184 /// Can both impl `a` and impl `b` be satisfied by a common type (including
185 /// where-clauses)? If so, returns an `ImplHeader` that unifies the two impls.
186 fn overlap<'cx, 'tcx>(
187     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
188     skip_leak_check: SkipLeakCheck,
189     impl1_def_id: DefId,
190     impl2_def_id: DefId,
191 ) -> Option<OverlapResult<'tcx>> {
192     debug!("overlap(impl1_def_id={:?}, impl2_def_id={:?})", impl1_def_id, impl2_def_id);
193
194     selcx.infcx().probe_maybe_skip_leak_check(skip_leak_check.is_yes(), |snapshot| {
195         overlap_within_probe(selcx, skip_leak_check, impl1_def_id, impl2_def_id, snapshot)
196     })
197 }
198
199 fn overlap_within_probe<'cx, 'tcx>(
200     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
201     skip_leak_check: SkipLeakCheck,
202     impl1_def_id: DefId,
203     impl2_def_id: DefId,
204     snapshot: &CombinedSnapshot<'_, 'tcx>,
205 ) -> Option<OverlapResult<'tcx>> {
206     let infcx = selcx.infcx();
207     let tcx = infcx.tcx;
208
209     let overlap_mode = overlap_mode(tcx, impl1_def_id, impl2_def_id);
210
211     if overlap_mode.use_negative_impl() {
212         if negative_impl(selcx, impl1_def_id, impl2_def_id)
213             || negative_impl(selcx, impl2_def_id, impl1_def_id)
214         {
215             return None;
216         }
217     }
218
219     // For the purposes of this check, we don't bring any placeholder
220     // types into scope; instead, we replace the generic types with
221     // fresh type variables, and hence we do our evaluations in an
222     // empty environment.
223     let param_env = ty::ParamEnv::empty();
224
225     let impl1_header = with_fresh_ty_vars(selcx, param_env, impl1_def_id);
226     let impl2_header = with_fresh_ty_vars(selcx, param_env, impl2_def_id);
227
228     debug!("overlap: impl1_header={:?}", impl1_header);
229     debug!("overlap: impl2_header={:?}", impl2_header);
230
231     let obligations = equate_impl_headers(selcx, &impl1_header, &impl2_header)?;
232     debug!("overlap: unification check succeeded");
233
234     if overlap_mode.use_implicit_negative() {
235         if implicit_negative(selcx, param_env, &impl1_header, impl2_header, obligations) {
236             return None;
237         }
238     }
239
240     if !skip_leak_check.is_yes() {
241         if infcx.leak_check(true, snapshot).is_err() {
242             debug!("overlap: leak check failed");
243             return None;
244         }
245     }
246
247     let intercrate_ambiguity_causes = selcx.take_intercrate_ambiguity_causes();
248     debug!("overlap: intercrate_ambiguity_causes={:#?}", intercrate_ambiguity_causes);
249
250     let involves_placeholder =
251         matches!(selcx.infcx().region_constraints_added_in_snapshot(snapshot), Some(true));
252
253     let impl_header = selcx.infcx().resolve_vars_if_possible(impl1_header);
254     Some(OverlapResult { impl_header, intercrate_ambiguity_causes, involves_placeholder })
255 }
256
257 fn equate_impl_headers<'cx, 'tcx>(
258     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
259     impl1_header: &ty::ImplHeader<'tcx>,
260     impl2_header: &ty::ImplHeader<'tcx>,
261 ) -> Option<PredicateObligations<'tcx>> {
262     // Do `a` and `b` unify? If not, no overlap.
263     selcx
264         .infcx()
265         .at(&ObligationCause::dummy(), ty::ParamEnv::empty())
266         .eq_impl_headers(impl1_header, impl2_header)
267         .map(|infer_ok| infer_ok.obligations)
268         .ok()
269 }
270
271 /// Given impl1 and impl2 check if both impls can be satisfied by a common type (including
272 /// where-clauses) If so, return false, otherwise return true, they are disjoint.
273 fn implicit_negative<'cx, 'tcx>(
274     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
275     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
276     impl1_header: &ty::ImplHeader<'tcx>,
277     impl2_header: ty::ImplHeader<'tcx>,
278     obligations: PredicateObligations<'tcx>,
279 ) -> bool {
280     // There's no overlap if obligations are unsatisfiable or if the obligation negated is
281     // satisfied.
282     //
283     // For example, given these two impl headers:
284     //
285     // `impl<'a> From<&'a str> for Box<dyn Error>`
286     // `impl<E> From<E> for Box<dyn Error> where E: Error`
287     //
288     // So we have:
289     //
290     // `Box<dyn Error>: From<&'?a str>`
291     // `Box<dyn Error>: From<?E>`
292     //
293     // After equating the two headers:
294     //
295     // `Box<dyn Error> = Box<dyn Error>`
296     // So, `?E = &'?a str` and then given the where clause `&'?a str: Error`.
297     //
298     // If the obligation `&'?a str: Error` holds, it means that there's overlap. If that doesn't
299     // hold we need to check if `&'?a str: !Error` holds, if doesn't hold there's overlap because
300     // at some point an impl for `&'?a str: Error` could be added.
301     let infcx = selcx.infcx();
302     let tcx = infcx.tcx;
303     let opt_failing_obligation = impl1_header
304         .predicates
305         .iter()
306         .copied()
307         .chain(impl2_header.predicates)
308         .map(|p| infcx.resolve_vars_if_possible(p))
309         .map(|p| Obligation {
310             cause: ObligationCause::dummy(),
311             param_env,
312             recursion_depth: 0,
313             predicate: p,
314         })
315         .chain(obligations)
316         .find(|o| {
317             loose_check(selcx, o) || tcx.features().negative_impls && negative_impl_exists(selcx, o)
318         });
319     // FIXME: the call to `selcx.predicate_may_hold_fatal` above should be ported
320     // to the canonical trait query form, `infcx.predicate_may_hold`, once
321     // the new system supports intercrate mode (which coherence needs).
322
323     if let Some(failing_obligation) = opt_failing_obligation {
324         debug!("overlap: obligation unsatisfiable {:?}", failing_obligation);
325         true
326     } else {
327         false
328     }
329 }
330
331 /// Given impl1 and impl2 check if both impls are never satisfied by a common type (including
332 /// where-clauses) If so, return true, they are disjoint and false otherwise.
333 fn negative_impl<'cx, 'tcx>(
334     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
335     impl1_def_id: DefId,
336     impl2_def_id: DefId,
337 ) -> bool {
338     let tcx = selcx.infcx().tcx;
339
340     // create a parameter environment corresponding to a (placeholder) instantiation of impl1
341     let impl1_env = tcx.param_env(impl1_def_id);
342     let impl1_trait_ref = tcx.impl_trait_ref(impl1_def_id).unwrap();
343
344     // Create an infcx, taking the predicates of impl1 as assumptions:
345     tcx.infer_ctxt().enter(|infcx| {
346         // Normalize the trait reference. The WF rules ought to ensure
347         // that this always succeeds.
348         let impl1_trait_ref = match traits::fully_normalize(
349             &infcx,
350             FulfillmentContext::new(),
351             ObligationCause::dummy(),
352             impl1_env,
353             impl1_trait_ref,
354         ) {
355             Ok(impl1_trait_ref) => impl1_trait_ref,
356             Err(err) => {
357                 bug!("failed to fully normalize {:?}: {:?}", impl1_trait_ref, err);
358             }
359         };
360
361         // Attempt to prove that impl2 applies, given all of the above.
362         let selcx = &mut SelectionContext::new(&infcx);
363         let impl2_substs = infcx.fresh_substs_for_item(DUMMY_SP, impl2_def_id);
364         let (impl2_trait_ref, obligations) =
365             impl_trait_ref_and_oblig(selcx, impl1_env, impl2_def_id, impl2_substs);
366
367         // do the impls unify? If not, not disjoint.
368         let more_obligations = match infcx
369             .at(&ObligationCause::dummy(), impl1_env)
370             .eq(impl1_trait_ref, impl2_trait_ref)
371         {
372             Ok(InferOk { obligations, .. }) => obligations,
373             Err(_) => {
374                 debug!(
375                     "explicit_disjoint: {:?} does not unify with {:?}",
376                     impl1_trait_ref, impl2_trait_ref
377                 );
378                 return false;
379             }
380         };
381
382         let opt_failing_obligation = obligations
383             .into_iter()
384             .chain(more_obligations)
385             .find(|o| negative_impl_exists(selcx, o));
386
387         if let Some(failing_obligation) = opt_failing_obligation {
388             debug!("overlap: obligation unsatisfiable {:?}", failing_obligation);
389             true
390         } else {
391             false
392         }
393     })
394 }
395
396 fn loose_check<'cx, 'tcx>(
397     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
398     o: &PredicateObligation<'tcx>,
399 ) -> bool {
400     !selcx.predicate_may_hold_fatal(o)
401 }
402
403 fn negative_impl_exists<'cx, 'tcx>(
404     selcx: &SelectionContext<'cx, 'tcx>,
405     o: &PredicateObligation<'tcx>,
406 ) -> bool {
407     let infcx = selcx.infcx();
408     let tcx = infcx.tcx;
409     o.flip_polarity(tcx)
410         .as_ref()
411         .map(|o| {
412             // FIXME This isn't quite correct, regions should be included
413             selcx.infcx().predicate_must_hold_modulo_regions(o)
414         })
415         .unwrap_or(false)
416 }
417
418 pub fn trait_ref_is_knowable<'tcx>(
419     tcx: TyCtxt<'tcx>,
420     trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
421 ) -> Option<Conflict> {
422     debug!("trait_ref_is_knowable(trait_ref={:?})", trait_ref);
423     if orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Remote).is_ok() {
424         // A downstream or cousin crate is allowed to implement some
425         // substitution of this trait-ref.
426         return Some(Conflict::Downstream);
427     }
428
429     if trait_ref_is_local_or_fundamental(tcx, trait_ref) {
430         // This is a local or fundamental trait, so future-compatibility
431         // is no concern. We know that downstream/cousin crates are not
432         // allowed to implement a substitution of this trait ref, which
433         // means impls could only come from dependencies of this crate,
434         // which we already know about.
435         return None;
436     }
437
438     // This is a remote non-fundamental trait, so if another crate
439     // can be the "final owner" of a substitution of this trait-ref,
440     // they are allowed to implement it future-compatibly.
441     //
442     // However, if we are a final owner, then nobody else can be,
443     // and if we are an intermediate owner, then we don't care
444     // about future-compatibility, which means that we're OK if
445     // we are an owner.
446     if orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local).is_ok() {
447         debug!("trait_ref_is_knowable: orphan check passed");
448         None
449     } else {
450         debug!("trait_ref_is_knowable: nonlocal, nonfundamental, unowned");
451         Some(Conflict::Upstream)
452     }
453 }
454
455 pub fn trait_ref_is_local_or_fundamental<'tcx>(
456     tcx: TyCtxt<'tcx>,
457     trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
458 ) -> bool {
459     trait_ref.def_id.krate == LOCAL_CRATE || tcx.has_attr(trait_ref.def_id, sym::fundamental)
460 }
461
462 pub enum OrphanCheckErr<'tcx> {
463     NonLocalInputType(Vec<(Ty<'tcx>, bool /* Is this the first input type? */)>),
464     UncoveredTy(Ty<'tcx>, Option<Ty<'tcx>>),
465 }
466
467 /// Checks the coherence orphan rules. `impl_def_id` should be the
468 /// `DefId` of a trait impl. To pass, either the trait must be local, or else
469 /// two conditions must be satisfied:
470 ///
471 /// 1. All type parameters in `Self` must be "covered" by some local type constructor.
472 /// 2. Some local type must appear in `Self`.
473 pub fn orphan_check(tcx: TyCtxt<'_>, impl_def_id: DefId) -> Result<(), OrphanCheckErr<'_>> {
474     debug!("orphan_check({:?})", impl_def_id);
475
476     // We only except this routine to be invoked on implementations
477     // of a trait, not inherent implementations.
478     let trait_ref = tcx.impl_trait_ref(impl_def_id).unwrap();
479     debug!("orphan_check: trait_ref={:?}", trait_ref);
480
481     // If the *trait* is local to the crate, ok.
482     if trait_ref.def_id.is_local() {
483         debug!("trait {:?} is local to current crate", trait_ref.def_id);
484         return Ok(());
485     }
486
487     orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local)
488 }
489
490 /// Checks whether a trait-ref is potentially implementable by a crate.
491 ///
492 /// The current rule is that a trait-ref orphan checks in a crate C:
493 ///
494 /// 1. Order the parameters in the trait-ref in subst order - Self first,
495 ///    others linearly (e.g., `<U as Foo<V, W>>` is U < V < W).
496 /// 2. Of these type parameters, there is at least one type parameter
497 ///    in which, walking the type as a tree, you can reach a type local
498 ///    to C where all types in-between are fundamental types. Call the
499 ///    first such parameter the "local key parameter".
500 ///     - e.g., `Box<LocalType>` is OK, because you can visit LocalType
501 ///       going through `Box`, which is fundamental.
502 ///     - similarly, `FundamentalPair<Vec<()>, Box<LocalType>>` is OK for
503 ///       the same reason.
504 ///     - but (knowing that `Vec<T>` is non-fundamental, and assuming it's
505 ///       not local), `Vec<LocalType>` is bad, because `Vec<->` is between
506 ///       the local type and the type parameter.
507 /// 3. Before this local type, no generic type parameter of the impl must
508 ///    be reachable through fundamental types.
509 ///     - e.g. `impl<T> Trait<LocalType> for Vec<T>` is fine, as `Vec` is not fundamental.
510 ///     - while `impl<T> Trait<LocalType for Box<T>` results in an error, as `T` is
511 ///       reachable through the fundamental type `Box`.
512 /// 4. Every type in the local key parameter not known in C, going
513 ///    through the parameter's type tree, must appear only as a subtree of
514 ///    a type local to C, with only fundamental types between the type
515 ///    local to C and the local key parameter.
516 ///     - e.g., `Vec<LocalType<T>>>` (or equivalently `Box<Vec<LocalType<T>>>`)
517 ///     is bad, because the only local type with `T` as a subtree is
518 ///     `LocalType<T>`, and `Vec<->` is between it and the type parameter.
519 ///     - similarly, `FundamentalPair<LocalType<T>, T>` is bad, because
520 ///     the second occurrence of `T` is not a subtree of *any* local type.
521 ///     - however, `LocalType<Vec<T>>` is OK, because `T` is a subtree of
522 ///     `LocalType<Vec<T>>`, which is local and has no types between it and
523 ///     the type parameter.
524 ///
525 /// The orphan rules actually serve several different purposes:
526 ///
527 /// 1. They enable link-safety - i.e., 2 mutually-unknowing crates (where
528 ///    every type local to one crate is unknown in the other) can't implement
529 ///    the same trait-ref. This follows because it can be seen that no such
530 ///    type can orphan-check in 2 such crates.
531 ///
532 ///    To check that a local impl follows the orphan rules, we check it in
533 ///    InCrate::Local mode, using type parameters for the "generic" types.
534 ///
535 /// 2. They ground negative reasoning for coherence. If a user wants to
536 ///    write both a conditional blanket impl and a specific impl, we need to
537 ///    make sure they do not overlap. For example, if we write
538 ///    ```
539 ///    impl<T> IntoIterator for Vec<T>
540 ///    impl<T: Iterator> IntoIterator for T
541 ///    ```
542 ///    We need to be able to prove that `Vec<$0>: !Iterator` for every type $0.
543 ///    We can observe that this holds in the current crate, but we need to make
544 ///    sure this will also hold in all unknown crates (both "independent" crates,
545 ///    which we need for link-safety, and also child crates, because we don't want
546 ///    child crates to get error for impl conflicts in a *dependency*).
547 ///
548 ///    For that, we only allow negative reasoning if, for every assignment to the
549 ///    inference variables, every unknown crate would get an orphan error if they
550 ///    try to implement this trait-ref. To check for this, we use InCrate::Remote
551 ///    mode. That is sound because we already know all the impls from known crates.
552 ///
553 /// 3. For non-`#[fundamental]` traits, they guarantee that parent crates can
554 ///    add "non-blanket" impls without breaking negative reasoning in dependent
555 ///    crates. This is the "rebalancing coherence" (RFC 1023) restriction.
556 ///
557 ///    For that, we only a allow crate to perform negative reasoning on
558 ///    non-local-non-`#[fundamental]` only if there's a local key parameter as per (2).
559 ///
560 ///    Because we never perform negative reasoning generically (coherence does
561 ///    not involve type parameters), this can be interpreted as doing the full
562 ///    orphan check (using InCrate::Local mode), substituting non-local known
563 ///    types for all inference variables.
564 ///
565 ///    This allows for crates to future-compatibly add impls as long as they
566 ///    can't apply to types with a key parameter in a child crate - applying
567 ///    the rules, this basically means that every type parameter in the impl
568 ///    must appear behind a non-fundamental type (because this is not a
569 ///    type-system requirement, crate owners might also go for "semantic
570 ///    future-compatibility" involving things such as sealed traits, but
571 ///    the above requirement is sufficient, and is necessary in "open world"
572 ///    cases).
573 ///
574 /// Note that this function is never called for types that have both type
575 /// parameters and inference variables.
576 fn orphan_check_trait_ref<'tcx>(
577     tcx: TyCtxt<'tcx>,
578     trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
579     in_crate: InCrate,
580 ) -> Result<(), OrphanCheckErr<'tcx>> {
581     debug!("orphan_check_trait_ref(trait_ref={:?}, in_crate={:?})", trait_ref, in_crate);
582
583     if trait_ref.needs_infer() && trait_ref.needs_subst() {
584         bug!(
585             "can't orphan check a trait ref with both params and inference variables {:?}",
586             trait_ref
587         );
588     }
589
590     // Given impl<P1..=Pn> Trait<T1..=Tn> for T0, an impl is valid only
591     // if at least one of the following is true:
592     //
593     // - Trait is a local trait
594     // (already checked in orphan_check prior to calling this function)
595     // - All of
596     //     - At least one of the types T0..=Tn must be a local type.
597     //      Let Ti be the first such type.
598     //     - No uncovered type parameters P1..=Pn may appear in T0..Ti (excluding Ti)
599     //
600     fn uncover_fundamental_ty<'tcx>(
601         tcx: TyCtxt<'tcx>,
602         ty: Ty<'tcx>,
603         in_crate: InCrate,
604     ) -> Vec<Ty<'tcx>> {
605         // FIXME: this is currently somewhat overly complicated,
606         // but fixing this requires a more complicated refactor.
607         if !contained_non_local_types(tcx, ty, in_crate).is_empty() {
608             if let Some(inner_tys) = fundamental_ty_inner_tys(tcx, ty) {
609                 return inner_tys
610                     .flat_map(|ty| uncover_fundamental_ty(tcx, ty, in_crate))
611                     .collect();
612             }
613         }
614
615         vec![ty]
616     }
617
618     let mut non_local_spans = vec![];
619     for (i, input_ty) in trait_ref
620         .substs
621         .types()
622         .flat_map(|ty| uncover_fundamental_ty(tcx, ty, in_crate))
623         .enumerate()
624     {
625         debug!("orphan_check_trait_ref: check ty `{:?}`", input_ty);
626         let non_local_tys = contained_non_local_types(tcx, input_ty, in_crate);
627         if non_local_tys.is_empty() {
628             debug!("orphan_check_trait_ref: ty_is_local `{:?}`", input_ty);
629             return Ok(());
630         } else if let ty::Param(_) = input_ty.kind() {
631             debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered ty: `{:?}`", input_ty);
632             let local_type = trait_ref
633                 .substs
634                 .types()
635                 .flat_map(|ty| uncover_fundamental_ty(tcx, ty, in_crate))
636                 .find(|ty| ty_is_local_constructor(ty, in_crate));
637
638             debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered ty local_type: `{:?}`", local_type);
639
640             return Err(OrphanCheckErr::UncoveredTy(input_ty, local_type));
641         }
642
643         non_local_spans.extend(non_local_tys.into_iter().map(|input_ty| (input_ty, i == 0)));
644     }
645     // If we exit above loop, never found a local type.
646     debug!("orphan_check_trait_ref: no local type");
647     Err(OrphanCheckErr::NonLocalInputType(non_local_spans))
648 }
649
650 /// Returns a list of relevant non-local types for `ty`.
651 ///
652 /// This is just `ty` itself unless `ty` is `#[fundamental]`,
653 /// in which case we recursively look into this type.
654 ///
655 /// If `ty` is local itself, this method returns an empty `Vec`.
656 ///
657 /// # Examples
658 ///
659 /// - `u32` is not local, so this returns `[u32]`.
660 /// - for `Foo<u32>`, where `Foo` is a local type, this returns `[]`.
661 /// - `&mut u32` returns `[u32]`, as `&mut` is a fundamental type, similar to `Box`.
662 /// - `Box<Foo<u32>>` returns `[]`, as `Box` is a fundamental type and `Foo` is local.
663 fn contained_non_local_types<'tcx>(
664     tcx: TyCtxt<'tcx>,
665     ty: Ty<'tcx>,
666     in_crate: InCrate,
667 ) -> Vec<Ty<'tcx>> {
668     if ty_is_local_constructor(ty, in_crate) {
669         Vec::new()
670     } else {
671         match fundamental_ty_inner_tys(tcx, ty) {
672             Some(inner_tys) => {
673                 inner_tys.flat_map(|ty| contained_non_local_types(tcx, ty, in_crate)).collect()
674             }
675             None => vec![ty],
676         }
677     }
678 }
679
680 /// For `#[fundamental]` ADTs and `&T` / `&mut T`, returns `Some` with the
681 /// type parameters of the ADT, or `T`, respectively. For non-fundamental
682 /// types, returns `None`.
683 fn fundamental_ty_inner_tys<'tcx>(
684     tcx: TyCtxt<'tcx>,
685     ty: Ty<'tcx>,
686 ) -> Option<impl Iterator<Item = Ty<'tcx>>> {
687     let (first_ty, rest_tys) = match *ty.kind() {
688         ty::Ref(_, ty, _) => (ty, ty::subst::InternalSubsts::empty().types()),
689         ty::Adt(def, substs) if def.is_fundamental() => {
690             let mut types = substs.types();
691
692             // FIXME(eddyb) actually validate `#[fundamental]` up-front.
693             match types.next() {
694                 None => {
695                     tcx.sess.span_err(
696                         tcx.def_span(def.did),
697                         "`#[fundamental]` requires at least one type parameter",
698                     );
699
700                     return None;
701                 }
702
703                 Some(first_ty) => (first_ty, types),
704             }
705         }
706         _ => return None,
707     };
708
709     Some(iter::once(first_ty).chain(rest_tys))
710 }
711
712 fn def_id_is_local(def_id: DefId, in_crate: InCrate) -> bool {
713     match in_crate {
714         // The type is local to *this* crate - it will not be
715         // local in any other crate.
716         InCrate::Remote => false,
717         InCrate::Local => def_id.is_local(),
718     }
719 }
720
721 fn ty_is_local_constructor(ty: Ty<'_>, in_crate: InCrate) -> bool {
722     debug!("ty_is_local_constructor({:?})", ty);
723
724     match *ty.kind() {
725         ty::Bool
726         | ty::Char
727         | ty::Int(..)
728         | ty::Uint(..)
729         | ty::Float(..)
730         | ty::Str
731         | ty::FnDef(..)
732         | ty::FnPtr(_)
733         | ty::Array(..)
734         | ty::Slice(..)
735         | ty::RawPtr(..)
736         | ty::Ref(..)
737         | ty::Never
738         | ty::Tuple(..)
739         | ty::Param(..)
740         | ty::Projection(..) => false,
741
742         ty::Placeholder(..) | ty::Bound(..) | ty::Infer(..) => match in_crate {
743             InCrate::Local => false,
744             // The inference variable might be unified with a local
745             // type in that remote crate.
746             InCrate::Remote => true,
747         },
748
749         ty::Adt(def, _) => def_id_is_local(def.did, in_crate),
750         ty::Foreign(did) => def_id_is_local(did, in_crate),
751         ty::Opaque(..) => {
752             // This merits some explanation.
753             // Normally, opaque types are not involed when performing
754             // coherence checking, since it is illegal to directly
755             // implement a trait on an opaque type. However, we might
756             // end up looking at an opaque type during coherence checking
757             // if an opaque type gets used within another type (e.g. as
758             // a type parameter). This requires us to decide whether or
759             // not an opaque type should be considered 'local' or not.
760             //
761             // We choose to treat all opaque types as non-local, even
762             // those that appear within the same crate. This seems
763             // somewhat surprising at first, but makes sense when
764             // you consider that opaque types are supposed to hide
765             // the underlying type *within the same crate*. When an
766             // opaque type is used from outside the module
767             // where it is declared, it should be impossible to observe
768             // anything about it other than the traits that it implements.
769             //
770             // The alternative would be to look at the underlying type
771             // to determine whether or not the opaque type itself should
772             // be considered local. However, this could make it a breaking change
773             // to switch the underlying ('defining') type from a local type
774             // to a remote type. This would violate the rule that opaque
775             // types should be completely opaque apart from the traits
776             // that they implement, so we don't use this behavior.
777             false
778         }
779
780         ty::Closure(..) => {
781             // Similar to the `Opaque` case (#83613).
782             false
783         }
784
785         ty::Dynamic(ref tt, ..) => {
786             if let Some(principal) = tt.principal() {
787                 def_id_is_local(principal.def_id(), in_crate)
788             } else {
789                 false
790             }
791         }
792
793         ty::Error(_) => true,
794
795         ty::Generator(..) | ty::GeneratorWitness(..) => {
796             bug!("ty_is_local invoked on unexpected type: {:?}", ty)
797         }
798     }
799 }