]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - compiler/rustc_trait_selection/src/traits/coherence.rs
Auto merge of #92711 - zredb:issue-90187-fix, r=notriddle
[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_ast::Attribute;
17 use rustc_hir::def_id::{DefId, LOCAL_CRATE};
18 use rustc_middle::ty::fast_reject::{self, SimplifyParams, StripReferences};
19 use rustc_middle::ty::fold::TypeFoldable;
20 use rustc_middle::ty::subst::Subst;
21 use rustc_middle::ty::{self, Ty, TyCtxt};
22 use rustc_span::symbol::sym;
23 use rustc_span::DUMMY_SP;
24 use std::iter;
25
26 /// Whether we do the orphan check relative to this crate or
27 /// to some remote crate.
28 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
29 enum InCrate {
30     Local,
31     Remote,
32 }
33
34 #[derive(Debug, Copy, Clone)]
35 pub enum Conflict {
36     Upstream,
37     Downstream,
38 }
39
40 pub struct OverlapResult<'tcx> {
41     pub impl_header: ty::ImplHeader<'tcx>,
42     pub intercrate_ambiguity_causes: Vec<IntercrateAmbiguityCause>,
43
44     /// `true` if the overlap might've been permitted before the shift
45     /// to universes.
46     pub involves_placeholder: bool,
47 }
48
49 pub fn add_placeholder_note(err: &mut rustc_errors::DiagnosticBuilder<'_>) {
50     err.note(
51         "this behavior recently changed as a result of a bug fix; \
52          see rust-lang/rust#56105 for details",
53     );
54 }
55
56 /// If there are types that satisfy both impls, invokes `on_overlap`
57 /// with a suitably-freshened `ImplHeader` with those types
58 /// substituted. Otherwise, invokes `no_overlap`.
59 #[instrument(skip(tcx, skip_leak_check, on_overlap, no_overlap), level = "debug")]
60 pub fn overlapping_impls<F1, F2, R>(
61     tcx: TyCtxt<'_>,
62     impl1_def_id: DefId,
63     impl2_def_id: DefId,
64     skip_leak_check: SkipLeakCheck,
65     on_overlap: F1,
66     no_overlap: F2,
67 ) -> R
68 where
69     F1: FnOnce(OverlapResult<'_>) -> R,
70     F2: FnOnce() -> R,
71 {
72     // Before doing expensive operations like entering an inference context, do
73     // a quick check via fast_reject to tell if the impl headers could possibly
74     // unify.
75     let impl1_ref = tcx.impl_trait_ref(impl1_def_id);
76     let impl2_ref = tcx.impl_trait_ref(impl2_def_id);
77
78     // Check if any of the input types definitely do not unify.
79     if iter::zip(
80         impl1_ref.iter().flat_map(|tref| tref.substs.types()),
81         impl2_ref.iter().flat_map(|tref| tref.substs.types()),
82     )
83     .any(|(ty1, ty2)| {
84         let t1 = fast_reject::simplify_type(tcx, ty1, SimplifyParams::No, StripReferences::No);
85         let t2 = fast_reject::simplify_type(tcx, ty2, SimplifyParams::No, StripReferences::No);
86
87         if let (Some(t1), Some(t2)) = (t1, t2) {
88             // Simplified successfully
89             t1 != t2
90         } else {
91             // Types might unify
92             false
93         }
94     }) {
95         // Some types involved are definitely different, so the impls couldn't possibly overlap.
96         debug!("overlapping_impls: fast_reject early-exit");
97         return no_overlap();
98     }
99
100     let overlaps = tcx.infer_ctxt().enter(|infcx| {
101         let selcx = &mut SelectionContext::intercrate(&infcx);
102         overlap(selcx, skip_leak_check, impl1_def_id, impl2_def_id).is_some()
103     });
104
105     if !overlaps {
106         return no_overlap();
107     }
108
109     // In the case where we detect an error, run the check again, but
110     // this time tracking intercrate ambuiguity causes for better
111     // diagnostics. (These take time and can lead to false errors.)
112     tcx.infer_ctxt().enter(|infcx| {
113         let selcx = &mut SelectionContext::intercrate(&infcx);
114         selcx.enable_tracking_intercrate_ambiguity_causes();
115         on_overlap(overlap(selcx, skip_leak_check, impl1_def_id, impl2_def_id).unwrap())
116     })
117 }
118
119 fn with_fresh_ty_vars<'cx, 'tcx>(
120     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
121     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
122     impl_def_id: DefId,
123 ) -> ty::ImplHeader<'tcx> {
124     let tcx = selcx.tcx();
125     let impl_substs = selcx.infcx().fresh_substs_for_item(DUMMY_SP, impl_def_id);
126
127     let header = ty::ImplHeader {
128         impl_def_id,
129         self_ty: tcx.type_of(impl_def_id).subst(tcx, impl_substs),
130         trait_ref: tcx.impl_trait_ref(impl_def_id).subst(tcx, impl_substs),
131         predicates: tcx.predicates_of(impl_def_id).instantiate(tcx, impl_substs).predicates,
132     };
133
134     let Normalized { value: mut header, obligations } =
135         traits::normalize(selcx, param_env, ObligationCause::dummy(), header);
136
137     header.predicates.extend(obligations.into_iter().map(|o| o.predicate));
138     header
139 }
140
141 /// What kind of overlap check are we doing -- this exists just for testing and feature-gating
142 /// purposes.
143 #[derive(Copy, Clone, PartialEq, Eq, Hash, Debug)]
144 enum OverlapMode {
145     /// The 1.0 rules (either types fail to unify, or where clauses are not implemented for crate-local types)
146     Stable,
147     /// Feature-gated test: Stable, *or* there is an explicit negative impl that rules out one of the where-clauses.
148     WithNegative,
149     /// Just check for negative impls, not for "where clause not implemented": used for testing.
150     Strict,
151 }
152
153 impl OverlapMode {
154     fn use_negative_impl(&self) -> bool {
155         *self == OverlapMode::Strict || *self == OverlapMode::WithNegative
156     }
157
158     fn use_implicit_negative(&self) -> bool {
159         *self == OverlapMode::Stable || *self == OverlapMode::WithNegative
160     }
161 }
162
163 fn overlap_mode<'tcx>(tcx: TyCtxt<'tcx>, impl1_def_id: DefId, impl2_def_id: DefId) -> OverlapMode {
164     // Find the possible coherence mode override opt-in attributes for each `DefId`
165     let find_coherence_attr = |attr: &Attribute| {
166         let name = attr.name_or_empty();
167         match name {
168             sym::rustc_with_negative_coherence | sym::rustc_strict_coherence => Some(name),
169             _ => None,
170         }
171     };
172     let impl1_coherence_mode = tcx.get_attrs(impl1_def_id).iter().find_map(find_coherence_attr);
173     let impl2_coherence_mode = tcx.get_attrs(impl2_def_id).iter().find_map(find_coherence_attr);
174
175     // If there are any (that currently happens in tests), they need to match. Otherwise, the
176     // default 1.0 rules are used.
177     match (impl1_coherence_mode, impl2_coherence_mode) {
178         (None, None) => OverlapMode::Stable,
179         (Some(sym::rustc_with_negative_coherence), Some(sym::rustc_with_negative_coherence)) => {
180             OverlapMode::WithNegative
181         }
182         (Some(sym::rustc_strict_coherence), Some(sym::rustc_strict_coherence)) => {
183             OverlapMode::Strict
184         }
185         (Some(mode), _) | (_, Some(mode)) => {
186             bug!("Use the same coherence mode on both impls: {}", mode)
187         }
188     }
189 }
190
191 /// Can both impl `a` and impl `b` be satisfied by a common type (including
192 /// where-clauses)? If so, returns an `ImplHeader` that unifies the two impls.
193 fn overlap<'cx, 'tcx>(
194     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
195     skip_leak_check: SkipLeakCheck,
196     impl1_def_id: DefId,
197     impl2_def_id: DefId,
198 ) -> Option<OverlapResult<'tcx>> {
199     debug!("overlap(impl1_def_id={:?}, impl2_def_id={:?})", impl1_def_id, impl2_def_id);
200
201     selcx.infcx().probe_maybe_skip_leak_check(skip_leak_check.is_yes(), |snapshot| {
202         overlap_within_probe(selcx, skip_leak_check, impl1_def_id, impl2_def_id, snapshot)
203     })
204 }
205
206 fn overlap_within_probe<'cx, 'tcx>(
207     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
208     skip_leak_check: SkipLeakCheck,
209     impl1_def_id: DefId,
210     impl2_def_id: DefId,
211     snapshot: &CombinedSnapshot<'_, 'tcx>,
212 ) -> Option<OverlapResult<'tcx>> {
213     let infcx = selcx.infcx();
214     let tcx = infcx.tcx;
215
216     let overlap_mode = overlap_mode(tcx, impl1_def_id, impl2_def_id);
217
218     if overlap_mode.use_negative_impl() {
219         if negative_impl(selcx, impl1_def_id, impl2_def_id)
220             || negative_impl(selcx, impl2_def_id, impl1_def_id)
221         {
222             return None;
223         }
224     }
225
226     // For the purposes of this check, we don't bring any placeholder
227     // types into scope; instead, we replace the generic types with
228     // fresh type variables, and hence we do our evaluations in an
229     // empty environment.
230     let param_env = ty::ParamEnv::empty();
231
232     let impl1_header = with_fresh_ty_vars(selcx, param_env, impl1_def_id);
233     let impl2_header = with_fresh_ty_vars(selcx, param_env, impl2_def_id);
234
235     debug!("overlap: impl1_header={:?}", impl1_header);
236     debug!("overlap: impl2_header={:?}", impl2_header);
237
238     let obligations = equate_impl_headers(selcx, &impl1_header, &impl2_header)?;
239     debug!("overlap: unification check succeeded");
240
241     if overlap_mode.use_implicit_negative() {
242         if implicit_negative(selcx, param_env, &impl1_header, impl2_header, obligations) {
243             return None;
244         }
245     }
246
247     if !skip_leak_check.is_yes() {
248         if infcx.leak_check(true, snapshot).is_err() {
249             debug!("overlap: leak check failed");
250             return None;
251         }
252     }
253
254     let intercrate_ambiguity_causes = selcx.take_intercrate_ambiguity_causes();
255     debug!("overlap: intercrate_ambiguity_causes={:#?}", intercrate_ambiguity_causes);
256
257     let involves_placeholder =
258         matches!(selcx.infcx().region_constraints_added_in_snapshot(snapshot), Some(true));
259
260     let impl_header = selcx.infcx().resolve_vars_if_possible(impl1_header);
261     Some(OverlapResult { impl_header, intercrate_ambiguity_causes, involves_placeholder })
262 }
263
264 fn equate_impl_headers<'cx, 'tcx>(
265     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
266     impl1_header: &ty::ImplHeader<'tcx>,
267     impl2_header: &ty::ImplHeader<'tcx>,
268 ) -> Option<PredicateObligations<'tcx>> {
269     // Do `a` and `b` unify? If not, no overlap.
270     selcx
271         .infcx()
272         .at(&ObligationCause::dummy(), ty::ParamEnv::empty())
273         .eq_impl_headers(impl1_header, impl2_header)
274         .map(|infer_ok| infer_ok.obligations)
275         .ok()
276 }
277
278 /// Given impl1 and impl2 check if both impls can be satisfied by a common type (including
279 /// where-clauses) If so, return false, otherwise return true, they are disjoint.
280 fn implicit_negative<'cx, 'tcx>(
281     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
282     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
283     impl1_header: &ty::ImplHeader<'tcx>,
284     impl2_header: ty::ImplHeader<'tcx>,
285     obligations: PredicateObligations<'tcx>,
286 ) -> bool {
287     // There's no overlap if obligations are unsatisfiable or if the obligation negated is
288     // satisfied.
289     //
290     // For example, given these two impl headers:
291     //
292     // `impl<'a> From<&'a str> for Box<dyn Error>`
293     // `impl<E> From<E> for Box<dyn Error> where E: Error`
294     //
295     // So we have:
296     //
297     // `Box<dyn Error>: From<&'?a str>`
298     // `Box<dyn Error>: From<?E>`
299     //
300     // After equating the two headers:
301     //
302     // `Box<dyn Error> = Box<dyn Error>`
303     // So, `?E = &'?a str` and then given the where clause `&'?a str: Error`.
304     //
305     // If the obligation `&'?a str: Error` holds, it means that there's overlap. If that doesn't
306     // hold we need to check if `&'?a str: !Error` holds, if doesn't hold there's overlap because
307     // at some point an impl for `&'?a str: Error` could be added.
308     let infcx = selcx.infcx();
309     let tcx = infcx.tcx;
310     let opt_failing_obligation = impl1_header
311         .predicates
312         .iter()
313         .copied()
314         .chain(impl2_header.predicates)
315         .map(|p| infcx.resolve_vars_if_possible(p))
316         .map(|p| Obligation {
317             cause: ObligationCause::dummy(),
318             param_env,
319             recursion_depth: 0,
320             predicate: p,
321         })
322         .chain(obligations)
323         .find(|o| {
324             loose_check(selcx, o) || tcx.features().negative_impls && negative_impl_exists(selcx, o)
325         });
326     // FIXME: the call to `selcx.predicate_may_hold_fatal` above should be ported
327     // to the canonical trait query form, `infcx.predicate_may_hold`, once
328     // the new system supports intercrate mode (which coherence needs).
329
330     if let Some(failing_obligation) = opt_failing_obligation {
331         debug!("overlap: obligation unsatisfiable {:?}", failing_obligation);
332         true
333     } else {
334         false
335     }
336 }
337
338 /// Given impl1 and impl2 check if both impls are never satisfied by a common type (including
339 /// where-clauses) If so, return true, they are disjoint and false otherwise.
340 fn negative_impl<'cx, 'tcx>(
341     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
342     impl1_def_id: DefId,
343     impl2_def_id: DefId,
344 ) -> bool {
345     let tcx = selcx.infcx().tcx;
346
347     // create a parameter environment corresponding to a (placeholder) instantiation of impl1
348     let impl1_env = tcx.param_env(impl1_def_id);
349     let impl1_trait_ref = tcx.impl_trait_ref(impl1_def_id).unwrap();
350
351     // Create an infcx, taking the predicates of impl1 as assumptions:
352     tcx.infer_ctxt().enter(|infcx| {
353         // Normalize the trait reference. The WF rules ought to ensure
354         // that this always succeeds.
355         let impl1_trait_ref = match traits::fully_normalize(
356             &infcx,
357             FulfillmentContext::new(),
358             ObligationCause::dummy(),
359             impl1_env,
360             impl1_trait_ref,
361         ) {
362             Ok(impl1_trait_ref) => impl1_trait_ref,
363             Err(err) => {
364                 bug!("failed to fully normalize {:?}: {:?}", impl1_trait_ref, err);
365             }
366         };
367
368         // Attempt to prove that impl2 applies, given all of the above.
369         let selcx = &mut SelectionContext::new(&infcx);
370         let impl2_substs = infcx.fresh_substs_for_item(DUMMY_SP, impl2_def_id);
371         let (impl2_trait_ref, obligations) =
372             impl_trait_ref_and_oblig(selcx, impl1_env, impl2_def_id, impl2_substs);
373
374         // do the impls unify? If not, not disjoint.
375         let more_obligations = match infcx
376             .at(&ObligationCause::dummy(), impl1_env)
377             .eq(impl1_trait_ref, impl2_trait_ref)
378         {
379             Ok(InferOk { obligations, .. }) => obligations,
380             Err(_) => {
381                 debug!(
382                     "explicit_disjoint: {:?} does not unify with {:?}",
383                     impl1_trait_ref, impl2_trait_ref
384                 );
385                 return false;
386             }
387         };
388
389         let opt_failing_obligation = obligations
390             .into_iter()
391             .chain(more_obligations)
392             .find(|o| negative_impl_exists(selcx, o));
393
394         if let Some(failing_obligation) = opt_failing_obligation {
395             debug!("overlap: obligation unsatisfiable {:?}", failing_obligation);
396             true
397         } else {
398             false
399         }
400     })
401 }
402
403 fn loose_check<'cx, 'tcx>(
404     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
405     o: &PredicateObligation<'tcx>,
406 ) -> bool {
407     !selcx.predicate_may_hold_fatal(o)
408 }
409
410 fn negative_impl_exists<'cx, 'tcx>(
411     selcx: &SelectionContext<'cx, 'tcx>,
412     o: &PredicateObligation<'tcx>,
413 ) -> bool {
414     let infcx = selcx.infcx();
415     let tcx = infcx.tcx;
416     o.flip_polarity(tcx)
417         .as_ref()
418         .map(|o| {
419             // FIXME This isn't quite correct, regions should be included
420             selcx.infcx().predicate_must_hold_modulo_regions(o)
421         })
422         .unwrap_or(false)
423 }
424
425 pub fn trait_ref_is_knowable<'tcx>(
426     tcx: TyCtxt<'tcx>,
427     trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
428 ) -> Option<Conflict> {
429     debug!("trait_ref_is_knowable(trait_ref={:?})", trait_ref);
430     if orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Remote).is_ok() {
431         // A downstream or cousin crate is allowed to implement some
432         // substitution of this trait-ref.
433         return Some(Conflict::Downstream);
434     }
435
436     if trait_ref_is_local_or_fundamental(tcx, trait_ref) {
437         // This is a local or fundamental trait, so future-compatibility
438         // is no concern. We know that downstream/cousin crates are not
439         // allowed to implement a substitution of this trait ref, which
440         // means impls could only come from dependencies of this crate,
441         // which we already know about.
442         return None;
443     }
444
445     // This is a remote non-fundamental trait, so if another crate
446     // can be the "final owner" of a substitution of this trait-ref,
447     // they are allowed to implement it future-compatibly.
448     //
449     // However, if we are a final owner, then nobody else can be,
450     // and if we are an intermediate owner, then we don't care
451     // about future-compatibility, which means that we're OK if
452     // we are an owner.
453     if orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local).is_ok() {
454         debug!("trait_ref_is_knowable: orphan check passed");
455         None
456     } else {
457         debug!("trait_ref_is_knowable: nonlocal, nonfundamental, unowned");
458         Some(Conflict::Upstream)
459     }
460 }
461
462 pub fn trait_ref_is_local_or_fundamental<'tcx>(
463     tcx: TyCtxt<'tcx>,
464     trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
465 ) -> bool {
466     trait_ref.def_id.krate == LOCAL_CRATE || tcx.has_attr(trait_ref.def_id, sym::fundamental)
467 }
468
469 pub enum OrphanCheckErr<'tcx> {
470     NonLocalInputType(Vec<(Ty<'tcx>, bool /* Is this the first input type? */)>),
471     UncoveredTy(Ty<'tcx>, Option<Ty<'tcx>>),
472 }
473
474 /// Checks the coherence orphan rules. `impl_def_id` should be the
475 /// `DefId` of a trait impl. To pass, either the trait must be local, or else
476 /// two conditions must be satisfied:
477 ///
478 /// 1. All type parameters in `Self` must be "covered" by some local type constructor.
479 /// 2. Some local type must appear in `Self`.
480 pub fn orphan_check(tcx: TyCtxt<'_>, impl_def_id: DefId) -> Result<(), OrphanCheckErr<'_>> {
481     debug!("orphan_check({:?})", impl_def_id);
482
483     // We only except this routine to be invoked on implementations
484     // of a trait, not inherent implementations.
485     let trait_ref = tcx.impl_trait_ref(impl_def_id).unwrap();
486     debug!("orphan_check: trait_ref={:?}", trait_ref);
487
488     // If the *trait* is local to the crate, ok.
489     if trait_ref.def_id.is_local() {
490         debug!("trait {:?} is local to current crate", trait_ref.def_id);
491         return Ok(());
492     }
493
494     orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local)
495 }
496
497 /// Checks whether a trait-ref is potentially implementable by a crate.
498 ///
499 /// The current rule is that a trait-ref orphan checks in a crate C:
500 ///
501 /// 1. Order the parameters in the trait-ref in subst order - Self first,
502 ///    others linearly (e.g., `<U as Foo<V, W>>` is U < V < W).
503 /// 2. Of these type parameters, there is at least one type parameter
504 ///    in which, walking the type as a tree, you can reach a type local
505 ///    to C where all types in-between are fundamental types. Call the
506 ///    first such parameter the "local key parameter".
507 ///     - e.g., `Box<LocalType>` is OK, because you can visit LocalType
508 ///       going through `Box`, which is fundamental.
509 ///     - similarly, `FundamentalPair<Vec<()>, Box<LocalType>>` is OK for
510 ///       the same reason.
511 ///     - but (knowing that `Vec<T>` is non-fundamental, and assuming it's
512 ///       not local), `Vec<LocalType>` is bad, because `Vec<->` is between
513 ///       the local type and the type parameter.
514 /// 3. Before this local type, no generic type parameter of the impl must
515 ///    be reachable through fundamental types.
516 ///     - e.g. `impl<T> Trait<LocalType> for Vec<T>` is fine, as `Vec` is not fundamental.
517 ///     - while `impl<T> Trait<LocalType for Box<T>` results in an error, as `T` is
518 ///       reachable through the fundamental type `Box`.
519 /// 4. Every type in the local key parameter not known in C, going
520 ///    through the parameter's type tree, must appear only as a subtree of
521 ///    a type local to C, with only fundamental types between the type
522 ///    local to C and the local key parameter.
523 ///     - e.g., `Vec<LocalType<T>>>` (or equivalently `Box<Vec<LocalType<T>>>`)
524 ///     is bad, because the only local type with `T` as a subtree is
525 ///     `LocalType<T>`, and `Vec<->` is between it and the type parameter.
526 ///     - similarly, `FundamentalPair<LocalType<T>, T>` is bad, because
527 ///     the second occurrence of `T` is not a subtree of *any* local type.
528 ///     - however, `LocalType<Vec<T>>` is OK, because `T` is a subtree of
529 ///     `LocalType<Vec<T>>`, which is local and has no types between it and
530 ///     the type parameter.
531 ///
532 /// The orphan rules actually serve several different purposes:
533 ///
534 /// 1. They enable link-safety - i.e., 2 mutually-unknowing crates (where
535 ///    every type local to one crate is unknown in the other) can't implement
536 ///    the same trait-ref. This follows because it can be seen that no such
537 ///    type can orphan-check in 2 such crates.
538 ///
539 ///    To check that a local impl follows the orphan rules, we check it in
540 ///    InCrate::Local mode, using type parameters for the "generic" types.
541 ///
542 /// 2. They ground negative reasoning for coherence. If a user wants to
543 ///    write both a conditional blanket impl and a specific impl, we need to
544 ///    make sure they do not overlap. For example, if we write
545 ///    ```
546 ///    impl<T> IntoIterator for Vec<T>
547 ///    impl<T: Iterator> IntoIterator for T
548 ///    ```
549 ///    We need to be able to prove that `Vec<$0>: !Iterator` for every type $0.
550 ///    We can observe that this holds in the current crate, but we need to make
551 ///    sure this will also hold in all unknown crates (both "independent" crates,
552 ///    which we need for link-safety, and also child crates, because we don't want
553 ///    child crates to get error for impl conflicts in a *dependency*).
554 ///
555 ///    For that, we only allow negative reasoning if, for every assignment to the
556 ///    inference variables, every unknown crate would get an orphan error if they
557 ///    try to implement this trait-ref. To check for this, we use InCrate::Remote
558 ///    mode. That is sound because we already know all the impls from known crates.
559 ///
560 /// 3. For non-`#[fundamental]` traits, they guarantee that parent crates can
561 ///    add "non-blanket" impls without breaking negative reasoning in dependent
562 ///    crates. This is the "rebalancing coherence" (RFC 1023) restriction.
563 ///
564 ///    For that, we only a allow crate to perform negative reasoning on
565 ///    non-local-non-`#[fundamental]` only if there's a local key parameter as per (2).
566 ///
567 ///    Because we never perform negative reasoning generically (coherence does
568 ///    not involve type parameters), this can be interpreted as doing the full
569 ///    orphan check (using InCrate::Local mode), substituting non-local known
570 ///    types for all inference variables.
571 ///
572 ///    This allows for crates to future-compatibly add impls as long as they
573 ///    can't apply to types with a key parameter in a child crate - applying
574 ///    the rules, this basically means that every type parameter in the impl
575 ///    must appear behind a non-fundamental type (because this is not a
576 ///    type-system requirement, crate owners might also go for "semantic
577 ///    future-compatibility" involving things such as sealed traits, but
578 ///    the above requirement is sufficient, and is necessary in "open world"
579 ///    cases).
580 ///
581 /// Note that this function is never called for types that have both type
582 /// parameters and inference variables.
583 fn orphan_check_trait_ref<'tcx>(
584     tcx: TyCtxt<'tcx>,
585     trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
586     in_crate: InCrate,
587 ) -> Result<(), OrphanCheckErr<'tcx>> {
588     debug!("orphan_check_trait_ref(trait_ref={:?}, in_crate={:?})", trait_ref, in_crate);
589
590     if trait_ref.needs_infer() && trait_ref.needs_subst() {
591         bug!(
592             "can't orphan check a trait ref with both params and inference variables {:?}",
593             trait_ref
594         );
595     }
596
597     // Given impl<P1..=Pn> Trait<T1..=Tn> for T0, an impl is valid only
598     // if at least one of the following is true:
599     //
600     // - Trait is a local trait
601     // (already checked in orphan_check prior to calling this function)
602     // - All of
603     //     - At least one of the types T0..=Tn must be a local type.
604     //      Let Ti be the first such type.
605     //     - No uncovered type parameters P1..=Pn may appear in T0..Ti (excluding Ti)
606     //
607     fn uncover_fundamental_ty<'tcx>(
608         tcx: TyCtxt<'tcx>,
609         ty: Ty<'tcx>,
610         in_crate: InCrate,
611     ) -> Vec<Ty<'tcx>> {
612         // FIXME: this is currently somewhat overly complicated,
613         // but fixing this requires a more complicated refactor.
614         if !contained_non_local_types(tcx, ty, in_crate).is_empty() {
615             if let Some(inner_tys) = fundamental_ty_inner_tys(tcx, ty) {
616                 return inner_tys
617                     .flat_map(|ty| uncover_fundamental_ty(tcx, ty, in_crate))
618                     .collect();
619             }
620         }
621
622         vec![ty]
623     }
624
625     let mut non_local_spans = vec![];
626     for (i, input_ty) in trait_ref
627         .substs
628         .types()
629         .flat_map(|ty| uncover_fundamental_ty(tcx, ty, in_crate))
630         .enumerate()
631     {
632         debug!("orphan_check_trait_ref: check ty `{:?}`", input_ty);
633         let non_local_tys = contained_non_local_types(tcx, input_ty, in_crate);
634         if non_local_tys.is_empty() {
635             debug!("orphan_check_trait_ref: ty_is_local `{:?}`", input_ty);
636             return Ok(());
637         } else if let ty::Param(_) = input_ty.kind() {
638             debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered ty: `{:?}`", input_ty);
639             let local_type = trait_ref
640                 .substs
641                 .types()
642                 .flat_map(|ty| uncover_fundamental_ty(tcx, ty, in_crate))
643                 .find(|ty| ty_is_local_constructor(ty, in_crate));
644
645             debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered ty local_type: `{:?}`", local_type);
646
647             return Err(OrphanCheckErr::UncoveredTy(input_ty, local_type));
648         }
649
650         non_local_spans.extend(non_local_tys.into_iter().map(|input_ty| (input_ty, i == 0)));
651     }
652     // If we exit above loop, never found a local type.
653     debug!("orphan_check_trait_ref: no local type");
654     Err(OrphanCheckErr::NonLocalInputType(non_local_spans))
655 }
656
657 /// Returns a list of relevant non-local types for `ty`.
658 ///
659 /// This is just `ty` itself unless `ty` is `#[fundamental]`,
660 /// in which case we recursively look into this type.
661 ///
662 /// If `ty` is local itself, this method returns an empty `Vec`.
663 ///
664 /// # Examples
665 ///
666 /// - `u32` is not local, so this returns `[u32]`.
667 /// - for `Foo<u32>`, where `Foo` is a local type, this returns `[]`.
668 /// - `&mut u32` returns `[u32]`, as `&mut` is a fundamental type, similar to `Box`.
669 /// - `Box<Foo<u32>>` returns `[]`, as `Box` is a fundamental type and `Foo` is local.
670 fn contained_non_local_types<'tcx>(
671     tcx: TyCtxt<'tcx>,
672     ty: Ty<'tcx>,
673     in_crate: InCrate,
674 ) -> Vec<Ty<'tcx>> {
675     if ty_is_local_constructor(ty, in_crate) {
676         Vec::new()
677     } else {
678         match fundamental_ty_inner_tys(tcx, ty) {
679             Some(inner_tys) => {
680                 inner_tys.flat_map(|ty| contained_non_local_types(tcx, ty, in_crate)).collect()
681             }
682             None => vec![ty],
683         }
684     }
685 }
686
687 /// For `#[fundamental]` ADTs and `&T` / `&mut T`, returns `Some` with the
688 /// type parameters of the ADT, or `T`, respectively. For non-fundamental
689 /// types, returns `None`.
690 fn fundamental_ty_inner_tys<'tcx>(
691     tcx: TyCtxt<'tcx>,
692     ty: Ty<'tcx>,
693 ) -> Option<impl Iterator<Item = Ty<'tcx>>> {
694     let (first_ty, rest_tys) = match *ty.kind() {
695         ty::Ref(_, ty, _) => (ty, ty::subst::InternalSubsts::empty().types()),
696         ty::Adt(def, substs) if def.is_fundamental() => {
697             let mut types = substs.types();
698
699             // FIXME(eddyb) actually validate `#[fundamental]` up-front.
700             match types.next() {
701                 None => {
702                     tcx.sess.span_err(
703                         tcx.def_span(def.did),
704                         "`#[fundamental]` requires at least one type parameter",
705                     );
706
707                     return None;
708                 }
709
710                 Some(first_ty) => (first_ty, types),
711             }
712         }
713         _ => return None,
714     };
715
716     Some(iter::once(first_ty).chain(rest_tys))
717 }
718
719 fn def_id_is_local(def_id: DefId, in_crate: InCrate) -> bool {
720     match in_crate {
721         // The type is local to *this* crate - it will not be
722         // local in any other crate.
723         InCrate::Remote => false,
724         InCrate::Local => def_id.is_local(),
725     }
726 }
727
728 fn ty_is_local_constructor(ty: Ty<'_>, in_crate: InCrate) -> bool {
729     debug!("ty_is_local_constructor({:?})", ty);
730
731     match *ty.kind() {
732         ty::Bool
733         | ty::Char
734         | ty::Int(..)
735         | ty::Uint(..)
736         | ty::Float(..)
737         | ty::Str
738         | ty::FnDef(..)
739         | ty::FnPtr(_)
740         | ty::Array(..)
741         | ty::Slice(..)
742         | ty::RawPtr(..)
743         | ty::Ref(..)
744         | ty::Never
745         | ty::Tuple(..)
746         | ty::Param(..)
747         | ty::Projection(..) => false,
748
749         ty::Placeholder(..) | ty::Bound(..) | ty::Infer(..) => match in_crate {
750             InCrate::Local => false,
751             // The inference variable might be unified with a local
752             // type in that remote crate.
753             InCrate::Remote => true,
754         },
755
756         ty::Adt(def, _) => def_id_is_local(def.did, in_crate),
757         ty::Foreign(did) => def_id_is_local(did, in_crate),
758         ty::Opaque(..) => {
759             // This merits some explanation.
760             // Normally, opaque types are not involed when performing
761             // coherence checking, since it is illegal to directly
762             // implement a trait on an opaque type. However, we might
763             // end up looking at an opaque type during coherence checking
764             // if an opaque type gets used within another type (e.g. as
765             // a type parameter). This requires us to decide whether or
766             // not an opaque type should be considered 'local' or not.
767             //
768             // We choose to treat all opaque types as non-local, even
769             // those that appear within the same crate. This seems
770             // somewhat surprising at first, but makes sense when
771             // you consider that opaque types are supposed to hide
772             // the underlying type *within the same crate*. When an
773             // opaque type is used from outside the module
774             // where it is declared, it should be impossible to observe
775             // anything about it other than the traits that it implements.
776             //
777             // The alternative would be to look at the underlying type
778             // to determine whether or not the opaque type itself should
779             // be considered local. However, this could make it a breaking change
780             // to switch the underlying ('defining') type from a local type
781             // to a remote type. This would violate the rule that opaque
782             // types should be completely opaque apart from the traits
783             // that they implement, so we don't use this behavior.
784             false
785         }
786
787         ty::Closure(..) => {
788             // Similar to the `Opaque` case (#83613).
789             false
790         }
791
792         ty::Dynamic(ref tt, ..) => {
793             if let Some(principal) = tt.principal() {
794                 def_id_is_local(principal.def_id(), in_crate)
795             } else {
796                 false
797             }
798         }
799
800         ty::Error(_) => true,
801
802         ty::Generator(..) | ty::GeneratorWitness(..) => {
803             bug!("ty_is_local invoked on unexpected type: {:?}", ty)
804         }
805     }
806 }