]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - compiler/rustc_trait_selection/src/traits/coherence.rs
impl_header -> impl_subject
[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::outlives::env::OutlivesEnvironment;
8 use crate::infer::{CombinedSnapshot, InferOk, RegionckMode};
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_data_structures::fx::FxHashMap;
17 use rustc_errors::Diagnostic;
18 use rustc_hir::def_id::{DefId, LOCAL_CRATE};
19 use rustc_hir::CRATE_HIR_ID;
20 use rustc_infer::infer::at::ToTrace;
21 use rustc_infer::infer::{InferCtxt, TyCtxtInferExt};
22 use rustc_infer::traits::{util, TraitEngine};
23 use rustc_middle::traits::specialization_graph::OverlapMode;
24 use rustc_middle::ty::fast_reject::{self, TreatParams};
25 use rustc_middle::ty::fold::TypeFoldable;
26 use rustc_middle::ty::subst::Subst;
27 use rustc_middle::ty::{self, ImplSubject, Ty, TyCtxt};
28 use rustc_span::symbol::sym;
29 use rustc_span::DUMMY_SP;
30 use std::fmt::Debug;
31 use std::iter;
32
33 /// Whether we do the orphan check relative to this crate or
34 /// to some remote crate.
35 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
36 enum InCrate {
37     Local,
38     Remote,
39 }
40
41 #[derive(Debug, Copy, Clone)]
42 pub enum Conflict {
43     Upstream,
44     Downstream,
45 }
46
47 pub struct OverlapResult<'tcx> {
48     pub impl_header: ty::ImplHeader<'tcx>,
49     pub intercrate_ambiguity_causes: Vec<IntercrateAmbiguityCause>,
50
51     /// `true` if the overlap might've been permitted before the shift
52     /// to universes.
53     pub involves_placeholder: bool,
54 }
55
56 pub fn add_placeholder_note(err: &mut Diagnostic) {
57     err.note(
58         "this behavior recently changed as a result of a bug fix; \
59          see rust-lang/rust#56105 for details",
60     );
61 }
62
63 /// If there are types that satisfy both impls, invokes `on_overlap`
64 /// with a suitably-freshened `ImplHeader` with those types
65 /// substituted. Otherwise, invokes `no_overlap`.
66 #[instrument(skip(tcx, skip_leak_check, on_overlap, no_overlap), level = "debug")]
67 pub fn overlapping_impls<F1, F2, R>(
68     tcx: TyCtxt<'_>,
69     impl1_def_id: DefId,
70     impl2_def_id: DefId,
71     skip_leak_check: SkipLeakCheck,
72     overlap_mode: OverlapMode,
73     on_overlap: F1,
74     no_overlap: F2,
75 ) -> R
76 where
77     F1: FnOnce(OverlapResult<'_>) -> R,
78     F2: FnOnce() -> R,
79 {
80     // Before doing expensive operations like entering an inference context, do
81     // a quick check via fast_reject to tell if the impl headers could possibly
82     // unify.
83     let impl1_ref = tcx.impl_trait_ref(impl1_def_id);
84     let impl2_ref = tcx.impl_trait_ref(impl2_def_id);
85
86     // Check if any of the input types definitely do not unify.
87     if iter::zip(
88         impl1_ref.iter().flat_map(|tref| tref.substs.types()),
89         impl2_ref.iter().flat_map(|tref| tref.substs.types()),
90     )
91     .any(|(ty1, ty2)| {
92         let t1 = fast_reject::simplify_type(tcx, ty1, TreatParams::AsPlaceholders);
93         let t2 = fast_reject::simplify_type(tcx, ty2, TreatParams::AsPlaceholders);
94
95         if let (Some(t1), Some(t2)) = (t1, t2) {
96             // Simplified successfully
97             t1 != t2
98         } else {
99             // Types might unify
100             false
101         }
102     }) {
103         // Some types involved are definitely different, so the impls couldn't possibly overlap.
104         debug!("overlapping_impls: fast_reject early-exit");
105         return no_overlap();
106     }
107
108     let overlaps = tcx.infer_ctxt().enter(|infcx| {
109         let selcx = &mut SelectionContext::intercrate(&infcx);
110         overlap(selcx, skip_leak_check, impl1_def_id, impl2_def_id, overlap_mode).is_some()
111     });
112
113     if !overlaps {
114         return no_overlap();
115     }
116
117     // In the case where we detect an error, run the check again, but
118     // this time tracking intercrate ambuiguity causes for better
119     // diagnostics. (These take time and can lead to false errors.)
120     tcx.infer_ctxt().enter(|infcx| {
121         let selcx = &mut SelectionContext::intercrate(&infcx);
122         selcx.enable_tracking_intercrate_ambiguity_causes();
123         on_overlap(
124             overlap(selcx, skip_leak_check, impl1_def_id, impl2_def_id, overlap_mode).unwrap(),
125         )
126     })
127 }
128
129 fn with_fresh_ty_vars<'cx, 'tcx>(
130     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
131     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
132     impl_def_id: DefId,
133 ) -> ty::ImplHeader<'tcx> {
134     let tcx = selcx.tcx();
135     let impl_substs = selcx.infcx().fresh_substs_for_item(DUMMY_SP, impl_def_id);
136
137     let header = ty::ImplHeader {
138         impl_def_id,
139         self_ty: tcx.type_of(impl_def_id).subst(tcx, impl_substs),
140         trait_ref: tcx.impl_trait_ref(impl_def_id).subst(tcx, impl_substs),
141         predicates: tcx.predicates_of(impl_def_id).instantiate(tcx, impl_substs).predicates,
142     };
143
144     let Normalized { value: mut header, obligations } =
145         traits::normalize(selcx, param_env, ObligationCause::dummy(), header);
146
147     header.predicates.extend(obligations.into_iter().map(|o| o.predicate));
148     header
149 }
150
151 /// Can both impl `a` and impl `b` be satisfied by a common type (including
152 /// where-clauses)? If so, returns an `ImplHeader` that unifies the two impls.
153 fn overlap<'cx, 'tcx>(
154     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
155     skip_leak_check: SkipLeakCheck,
156     impl1_def_id: DefId,
157     impl2_def_id: DefId,
158     overlap_mode: OverlapMode,
159 ) -> Option<OverlapResult<'tcx>> {
160     debug!(
161         "overlap(impl1_def_id={:?}, impl2_def_id={:?}, overlap_mode={:?})",
162         impl1_def_id, impl2_def_id, overlap_mode
163     );
164
165     selcx.infcx().probe_maybe_skip_leak_check(skip_leak_check.is_yes(), |snapshot| {
166         overlap_within_probe(selcx, impl1_def_id, impl2_def_id, overlap_mode, snapshot)
167     })
168 }
169
170 fn overlap_within_probe<'cx, 'tcx>(
171     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
172     impl1_def_id: DefId,
173     impl2_def_id: DefId,
174     overlap_mode: OverlapMode,
175     snapshot: &CombinedSnapshot<'_, 'tcx>,
176 ) -> Option<OverlapResult<'tcx>> {
177     let infcx = selcx.infcx();
178
179     if overlap_mode.use_negative_impl() {
180         if negative_impl(selcx, impl1_def_id, impl2_def_id)
181             || negative_impl(selcx, impl2_def_id, impl1_def_id)
182         {
183             return None;
184         }
185     }
186
187     // For the purposes of this check, we don't bring any placeholder
188     // types into scope; instead, we replace the generic types with
189     // fresh type variables, and hence we do our evaluations in an
190     // empty environment.
191     let param_env = ty::ParamEnv::empty();
192
193     let impl1_header = with_fresh_ty_vars(selcx, param_env, impl1_def_id);
194     let impl2_header = with_fresh_ty_vars(selcx, param_env, impl2_def_id);
195
196     let obligations = equate_impl_headers(selcx, &impl1_header, &impl2_header)?;
197     debug!("overlap: unification check succeeded");
198
199     if overlap_mode.use_implicit_negative() {
200         if implicit_negative(selcx, param_env, &impl1_header, impl2_header, obligations) {
201             return None;
202         }
203     }
204
205     // We disable the leak when when creating the `snapshot` by using
206     // `infcx.probe_maybe_disable_leak_check`.
207     if infcx.leak_check(true, snapshot).is_err() {
208         debug!("overlap: leak check failed");
209         return None;
210     }
211
212     let intercrate_ambiguity_causes = selcx.take_intercrate_ambiguity_causes();
213     debug!("overlap: intercrate_ambiguity_causes={:#?}", intercrate_ambiguity_causes);
214
215     let involves_placeholder =
216         matches!(selcx.infcx().region_constraints_added_in_snapshot(snapshot), Some(true));
217
218     let impl_header = selcx.infcx().resolve_vars_if_possible(impl1_header);
219     Some(OverlapResult { impl_header, intercrate_ambiguity_causes, involves_placeholder })
220 }
221
222 fn equate_impl_headers<'cx, 'tcx>(
223     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
224     impl1_header: &ty::ImplHeader<'tcx>,
225     impl2_header: &ty::ImplHeader<'tcx>,
226 ) -> Option<PredicateObligations<'tcx>> {
227     // Do `a` and `b` unify? If not, no overlap.
228     debug!("equate_impl_headers(impl1_header={:?}, impl2_header={:?}", impl1_header, impl2_header);
229     selcx
230         .infcx()
231         .at(&ObligationCause::dummy(), ty::ParamEnv::empty())
232         .eq_impl_headers(impl1_header, impl2_header)
233         .map(|infer_ok| infer_ok.obligations)
234         .ok()
235 }
236
237 /// Given impl1 and impl2 check if both impls can be satisfied by a common type (including
238 /// where-clauses) If so, return false, otherwise return true, they are disjoint.
239 fn implicit_negative<'cx, 'tcx>(
240     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
241     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
242     impl1_header: &ty::ImplHeader<'tcx>,
243     impl2_header: ty::ImplHeader<'tcx>,
244     obligations: PredicateObligations<'tcx>,
245 ) -> bool {
246     // There's no overlap if obligations are unsatisfiable or if the obligation negated is
247     // satisfied.
248     //
249     // For example, given these two impl headers:
250     //
251     // `impl<'a> From<&'a str> for Box<dyn Error>`
252     // `impl<E> From<E> for Box<dyn Error> where E: Error`
253     //
254     // So we have:
255     //
256     // `Box<dyn Error>: From<&'?a str>`
257     // `Box<dyn Error>: From<?E>`
258     //
259     // After equating the two headers:
260     //
261     // `Box<dyn Error> = Box<dyn Error>`
262     // So, `?E = &'?a str` and then given the where clause `&'?a str: Error`.
263     //
264     // If the obligation `&'?a str: Error` holds, it means that there's overlap. If that doesn't
265     // hold we need to check if `&'?a str: !Error` holds, if doesn't hold there's overlap because
266     // at some point an impl for `&'?a str: Error` could be added.
267     debug!(
268         "implicit_negative(impl1_header={:?}, impl2_header={:?}, obligations={:?})",
269         impl1_header, impl2_header, obligations
270     );
271     let infcx = selcx.infcx();
272     let opt_failing_obligation = impl1_header
273         .predicates
274         .iter()
275         .copied()
276         .chain(impl2_header.predicates)
277         .map(|p| infcx.resolve_vars_if_possible(p))
278         .map(|p| Obligation {
279             cause: ObligationCause::dummy(),
280             param_env,
281             recursion_depth: 0,
282             predicate: p,
283         })
284         .chain(obligations)
285         .find(|o| !selcx.predicate_may_hold_fatal(o));
286
287     if let Some(failing_obligation) = opt_failing_obligation {
288         debug!("overlap: obligation unsatisfiable {:?}", failing_obligation);
289         true
290     } else {
291         false
292     }
293 }
294
295 /// Given impl1 and impl2 check if both impls are never satisfied by a common type (including
296 /// where-clauses) If so, return true, they are disjoint and false otherwise.
297 fn negative_impl<'cx, 'tcx>(
298     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
299     impl1_def_id: DefId,
300     impl2_def_id: DefId,
301 ) -> bool {
302     debug!("negative_impl(impl1_def_id={:?}, impl2_def_id={:?})", impl1_def_id, impl2_def_id);
303     let tcx = selcx.infcx().tcx;
304
305     // Create an infcx, taking the predicates of impl1 as assumptions:
306     tcx.infer_ctxt().enter(|infcx| {
307         // create a parameter environment corresponding to a (placeholder) instantiation of impl1
308         let impl1_env = tcx.param_env(impl1_def_id);
309
310         match tcx.impl_subject(impl1_def_id) {
311             ImplSubject::Trait(impl1_trait_ref) => {
312                 // Normalize the trait reference. The WF rules ought to ensure
313                 // that this always succeeds.
314                 let impl1_trait_ref = match traits::fully_normalize(
315                     &infcx,
316                     FulfillmentContext::new(),
317                     ObligationCause::dummy(),
318                     impl1_env,
319                     impl1_trait_ref,
320                 ) {
321                     Ok(impl1_trait_ref) => impl1_trait_ref,
322                     Err(err) => {
323                         bug!("failed to fully normalize {:?}: {:?}", impl1_trait_ref, err);
324                     }
325                 };
326
327                 // Attempt to prove that impl2 applies, given all of the above.
328                 let selcx = &mut SelectionContext::new(&infcx);
329                 let impl2_substs = infcx.fresh_substs_for_item(DUMMY_SP, impl2_def_id);
330                 let (impl2_trait_ref, obligations) =
331                     impl_trait_ref_and_oblig(selcx, impl1_env, impl2_def_id, impl2_substs);
332
333                 !equate(
334                     &infcx,
335                     impl1_env,
336                     impl1_def_id,
337                     impl1_trait_ref,
338                     impl2_trait_ref,
339                     obligations,
340                 )
341             }
342             ImplSubject::Inherent(ty1) => {
343                 let ty2 = tcx.type_of(impl2_def_id);
344                 !equate(&infcx, impl1_env, impl1_def_id, ty1, ty2, iter::empty())
345             }
346         }
347     })
348 }
349
350 fn equate<'cx, 'tcx, T: Debug + ToTrace<'tcx>>(
351     infcx: &InferCtxt<'cx, 'tcx>,
352     impl1_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
353     impl1_def_id: DefId,
354     impl1: T,
355     impl2: T,
356     obligations: impl Iterator<Item = PredicateObligation<'tcx>>,
357 ) -> bool {
358     // do the impls unify? If not, not disjoint.
359     let Ok(InferOk { obligations: more_obligations, .. }) = infcx
360         .at(&ObligationCause::dummy(), impl1_env)
361         .eq(impl1, impl2) else {
362             debug!(
363                 "explicit_disjoint: {:?} does not unify with {:?}",
364                 impl1, impl2
365             );
366             return true;
367         };
368
369     let selcx = &mut SelectionContext::new(&infcx);
370     let opt_failing_obligation = obligations
371         .into_iter()
372         .chain(more_obligations)
373         .find(|o| negative_impl_exists(selcx, impl1_env, impl1_def_id, o));
374
375     if let Some(failing_obligation) = opt_failing_obligation {
376         debug!("overlap: obligation unsatisfiable {:?}", failing_obligation);
377         false
378     } else {
379         true
380     }
381 }
382
383 /// Try to prove that a negative impl exist for the given obligation and its super predicates.
384 #[instrument(level = "debug", skip(selcx))]
385 fn negative_impl_exists<'cx, 'tcx>(
386     selcx: &SelectionContext<'cx, 'tcx>,
387     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
388     region_context: DefId,
389     o: &PredicateObligation<'tcx>,
390 ) -> bool {
391     let infcx = &selcx.infcx().fork();
392
393     if resolve_negative_obligation(infcx, param_env, region_context, o) {
394         return true;
395     }
396
397     // Try to prove a negative obligation exists for super predicates
398     for o in util::elaborate_predicates(infcx.tcx, iter::once(o.predicate)) {
399         if resolve_negative_obligation(infcx, param_env, region_context, &o) {
400             return true;
401         }
402     }
403
404     false
405 }
406
407 #[instrument(level = "debug", skip(infcx))]
408 fn resolve_negative_obligation<'cx, 'tcx>(
409     infcx: &InferCtxt<'cx, 'tcx>,
410     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
411     region_context: DefId,
412     o: &PredicateObligation<'tcx>,
413 ) -> bool {
414     let tcx = infcx.tcx;
415
416     let Some(o) = o.flip_polarity(tcx) else {
417         return false;
418     };
419
420     let mut fulfillment_cx = FulfillmentContext::new();
421     fulfillment_cx.register_predicate_obligation(infcx, o);
422
423     let errors = fulfillment_cx.select_all_or_error(infcx);
424
425     if !errors.is_empty() {
426         return false;
427     }
428
429     let mut outlives_env = OutlivesEnvironment::new(param_env);
430     // FIXME -- add "assumed to be well formed" types into the `outlives_env`
431
432     // "Save" the accumulated implied bounds into the outlives environment
433     // (due to the FIXME above, there aren't any, but this step is still needed).
434     // The "body id" is given as `CRATE_HIR_ID`, which is the same body-id used
435     // by the "dummy" causes elsewhere (body-id is only relevant when checking
436     // function bodies with closures).
437     outlives_env.save_implied_bounds(CRATE_HIR_ID);
438
439     infcx.process_registered_region_obligations(
440         outlives_env.region_bound_pairs_map(),
441         Some(tcx.lifetimes.re_root_empty),
442         param_env,
443     );
444
445     let errors = infcx.resolve_regions(region_context, &outlives_env, RegionckMode::default());
446
447     if !errors.is_empty() {
448         return false;
449     }
450
451     true
452 }
453
454 pub fn trait_ref_is_knowable<'tcx>(
455     tcx: TyCtxt<'tcx>,
456     trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
457 ) -> Option<Conflict> {
458     debug!("trait_ref_is_knowable(trait_ref={:?})", trait_ref);
459     if orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Remote).is_ok() {
460         // A downstream or cousin crate is allowed to implement some
461         // substitution of this trait-ref.
462         return Some(Conflict::Downstream);
463     }
464
465     if trait_ref_is_local_or_fundamental(tcx, trait_ref) {
466         // This is a local or fundamental trait, so future-compatibility
467         // is no concern. We know that downstream/cousin crates are not
468         // allowed to implement a substitution of this trait ref, which
469         // means impls could only come from dependencies of this crate,
470         // which we already know about.
471         return None;
472     }
473
474     // This is a remote non-fundamental trait, so if another crate
475     // can be the "final owner" of a substitution of this trait-ref,
476     // they are allowed to implement it future-compatibly.
477     //
478     // However, if we are a final owner, then nobody else can be,
479     // and if we are an intermediate owner, then we don't care
480     // about future-compatibility, which means that we're OK if
481     // we are an owner.
482     if orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local).is_ok() {
483         debug!("trait_ref_is_knowable: orphan check passed");
484         None
485     } else {
486         debug!("trait_ref_is_knowable: nonlocal, nonfundamental, unowned");
487         Some(Conflict::Upstream)
488     }
489 }
490
491 pub fn trait_ref_is_local_or_fundamental<'tcx>(
492     tcx: TyCtxt<'tcx>,
493     trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
494 ) -> bool {
495     trait_ref.def_id.krate == LOCAL_CRATE || tcx.has_attr(trait_ref.def_id, sym::fundamental)
496 }
497
498 pub enum OrphanCheckErr<'tcx> {
499     NonLocalInputType(Vec<(Ty<'tcx>, bool /* Is this the first input type? */)>),
500     UncoveredTy(Ty<'tcx>, Option<Ty<'tcx>>),
501 }
502
503 /// Checks the coherence orphan rules. `impl_def_id` should be the
504 /// `DefId` of a trait impl. To pass, either the trait must be local, or else
505 /// two conditions must be satisfied:
506 ///
507 /// 1. All type parameters in `Self` must be "covered" by some local type constructor.
508 /// 2. Some local type must appear in `Self`.
509 pub fn orphan_check(tcx: TyCtxt<'_>, impl_def_id: DefId) -> Result<(), OrphanCheckErr<'_>> {
510     debug!("orphan_check({:?})", impl_def_id);
511
512     // We only except this routine to be invoked on implementations
513     // of a trait, not inherent implementations.
514     let trait_ref = tcx.impl_trait_ref(impl_def_id).unwrap();
515     debug!("orphan_check: trait_ref={:?}", trait_ref);
516
517     // If the *trait* is local to the crate, ok.
518     if trait_ref.def_id.is_local() {
519         debug!("trait {:?} is local to current crate", trait_ref.def_id);
520         return Ok(());
521     }
522
523     orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local)
524 }
525
526 /// Checks whether a trait-ref is potentially implementable by a crate.
527 ///
528 /// The current rule is that a trait-ref orphan checks in a crate C:
529 ///
530 /// 1. Order the parameters in the trait-ref in subst order - Self first,
531 ///    others linearly (e.g., `<U as Foo<V, W>>` is U < V < W).
532 /// 2. Of these type parameters, there is at least one type parameter
533 ///    in which, walking the type as a tree, you can reach a type local
534 ///    to C where all types in-between are fundamental types. Call the
535 ///    first such parameter the "local key parameter".
536 ///     - e.g., `Box<LocalType>` is OK, because you can visit LocalType
537 ///       going through `Box`, which is fundamental.
538 ///     - similarly, `FundamentalPair<Vec<()>, Box<LocalType>>` is OK for
539 ///       the same reason.
540 ///     - but (knowing that `Vec<T>` is non-fundamental, and assuming it's
541 ///       not local), `Vec<LocalType>` is bad, because `Vec<->` is between
542 ///       the local type and the type parameter.
543 /// 3. Before this local type, no generic type parameter of the impl must
544 ///    be reachable through fundamental types.
545 ///     - e.g. `impl<T> Trait<LocalType> for Vec<T>` is fine, as `Vec` is not fundamental.
546 ///     - while `impl<T> Trait<LocalType for Box<T>` results in an error, as `T` is
547 ///       reachable through the fundamental type `Box`.
548 /// 4. Every type in the local key parameter not known in C, going
549 ///    through the parameter's type tree, must appear only as a subtree of
550 ///    a type local to C, with only fundamental types between the type
551 ///    local to C and the local key parameter.
552 ///     - e.g., `Vec<LocalType<T>>>` (or equivalently `Box<Vec<LocalType<T>>>`)
553 ///     is bad, because the only local type with `T` as a subtree is
554 ///     `LocalType<T>`, and `Vec<->` is between it and the type parameter.
555 ///     - similarly, `FundamentalPair<LocalType<T>, T>` is bad, because
556 ///     the second occurrence of `T` is not a subtree of *any* local type.
557 ///     - however, `LocalType<Vec<T>>` is OK, because `T` is a subtree of
558 ///     `LocalType<Vec<T>>`, which is local and has no types between it and
559 ///     the type parameter.
560 ///
561 /// The orphan rules actually serve several different purposes:
562 ///
563 /// 1. They enable link-safety - i.e., 2 mutually-unknowing crates (where
564 ///    every type local to one crate is unknown in the other) can't implement
565 ///    the same trait-ref. This follows because it can be seen that no such
566 ///    type can orphan-check in 2 such crates.
567 ///
568 ///    To check that a local impl follows the orphan rules, we check it in
569 ///    InCrate::Local mode, using type parameters for the "generic" types.
570 ///
571 /// 2. They ground negative reasoning for coherence. If a user wants to
572 ///    write both a conditional blanket impl and a specific impl, we need to
573 ///    make sure they do not overlap. For example, if we write
574 ///    ```
575 ///    impl<T> IntoIterator for Vec<T>
576 ///    impl<T: Iterator> IntoIterator for T
577 ///    ```
578 ///    We need to be able to prove that `Vec<$0>: !Iterator` for every type $0.
579 ///    We can observe that this holds in the current crate, but we need to make
580 ///    sure this will also hold in all unknown crates (both "independent" crates,
581 ///    which we need for link-safety, and also child crates, because we don't want
582 ///    child crates to get error for impl conflicts in a *dependency*).
583 ///
584 ///    For that, we only allow negative reasoning if, for every assignment to the
585 ///    inference variables, every unknown crate would get an orphan error if they
586 ///    try to implement this trait-ref. To check for this, we use InCrate::Remote
587 ///    mode. That is sound because we already know all the impls from known crates.
588 ///
589 /// 3. For non-`#[fundamental]` traits, they guarantee that parent crates can
590 ///    add "non-blanket" impls without breaking negative reasoning in dependent
591 ///    crates. This is the "rebalancing coherence" (RFC 1023) restriction.
592 ///
593 ///    For that, we only a allow crate to perform negative reasoning on
594 ///    non-local-non-`#[fundamental]` only if there's a local key parameter as per (2).
595 ///
596 ///    Because we never perform negative reasoning generically (coherence does
597 ///    not involve type parameters), this can be interpreted as doing the full
598 ///    orphan check (using InCrate::Local mode), substituting non-local known
599 ///    types for all inference variables.
600 ///
601 ///    This allows for crates to future-compatibly add impls as long as they
602 ///    can't apply to types with a key parameter in a child crate - applying
603 ///    the rules, this basically means that every type parameter in the impl
604 ///    must appear behind a non-fundamental type (because this is not a
605 ///    type-system requirement, crate owners might also go for "semantic
606 ///    future-compatibility" involving things such as sealed traits, but
607 ///    the above requirement is sufficient, and is necessary in "open world"
608 ///    cases).
609 ///
610 /// Note that this function is never called for types that have both type
611 /// parameters and inference variables.
612 fn orphan_check_trait_ref<'tcx>(
613     tcx: TyCtxt<'tcx>,
614     trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
615     in_crate: InCrate,
616 ) -> Result<(), OrphanCheckErr<'tcx>> {
617     debug!("orphan_check_trait_ref(trait_ref={:?}, in_crate={:?})", trait_ref, in_crate);
618
619     if trait_ref.needs_infer() && trait_ref.needs_subst() {
620         bug!(
621             "can't orphan check a trait ref with both params and inference variables {:?}",
622             trait_ref
623         );
624     }
625
626     // Given impl<P1..=Pn> Trait<T1..=Tn> for T0, an impl is valid only
627     // if at least one of the following is true:
628     //
629     // - Trait is a local trait
630     // (already checked in orphan_check prior to calling this function)
631     // - All of
632     //     - At least one of the types T0..=Tn must be a local type.
633     //      Let Ti be the first such type.
634     //     - No uncovered type parameters P1..=Pn may appear in T0..Ti (excluding Ti)
635     //
636     fn uncover_fundamental_ty<'tcx>(
637         tcx: TyCtxt<'tcx>,
638         ty: Ty<'tcx>,
639         in_crate: InCrate,
640     ) -> Vec<Ty<'tcx>> {
641         // FIXME: this is currently somewhat overly complicated,
642         // but fixing this requires a more complicated refactor.
643         if !contained_non_local_types(tcx, ty, in_crate).is_empty() {
644             if let Some(inner_tys) = fundamental_ty_inner_tys(tcx, ty) {
645                 return inner_tys
646                     .flat_map(|ty| uncover_fundamental_ty(tcx, ty, in_crate))
647                     .collect();
648             }
649         }
650
651         vec![ty]
652     }
653
654     let mut non_local_spans = vec![];
655     for (i, input_ty) in trait_ref
656         .substs
657         .types()
658         .flat_map(|ty| uncover_fundamental_ty(tcx, ty, in_crate))
659         .enumerate()
660     {
661         debug!("orphan_check_trait_ref: check ty `{:?}`", input_ty);
662         let non_local_tys = contained_non_local_types(tcx, input_ty, in_crate);
663         if non_local_tys.is_empty() {
664             debug!("orphan_check_trait_ref: ty_is_local `{:?}`", input_ty);
665             return Ok(());
666         } else if let ty::Param(_) = input_ty.kind() {
667             debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered ty: `{:?}`", input_ty);
668             let local_type = trait_ref
669                 .substs
670                 .types()
671                 .flat_map(|ty| uncover_fundamental_ty(tcx, ty, in_crate))
672                 .find(|ty| ty_is_local_constructor(*ty, in_crate));
673
674             debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered ty local_type: `{:?}`", local_type);
675
676             return Err(OrphanCheckErr::UncoveredTy(input_ty, local_type));
677         }
678
679         non_local_spans.extend(non_local_tys.into_iter().map(|input_ty| (input_ty, i == 0)));
680     }
681     // If we exit above loop, never found a local type.
682     debug!("orphan_check_trait_ref: no local type");
683     Err(OrphanCheckErr::NonLocalInputType(non_local_spans))
684 }
685
686 /// Returns a list of relevant non-local types for `ty`.
687 ///
688 /// This is just `ty` itself unless `ty` is `#[fundamental]`,
689 /// in which case we recursively look into this type.
690 ///
691 /// If `ty` is local itself, this method returns an empty `Vec`.
692 ///
693 /// # Examples
694 ///
695 /// - `u32` is not local, so this returns `[u32]`.
696 /// - for `Foo<u32>`, where `Foo` is a local type, this returns `[]`.
697 /// - `&mut u32` returns `[u32]`, as `&mut` is a fundamental type, similar to `Box`.
698 /// - `Box<Foo<u32>>` returns `[]`, as `Box` is a fundamental type and `Foo` is local.
699 fn contained_non_local_types<'tcx>(
700     tcx: TyCtxt<'tcx>,
701     ty: Ty<'tcx>,
702     in_crate: InCrate,
703 ) -> Vec<Ty<'tcx>> {
704     if ty_is_local_constructor(ty, in_crate) {
705         Vec::new()
706     } else {
707         match fundamental_ty_inner_tys(tcx, ty) {
708             Some(inner_tys) => {
709                 inner_tys.flat_map(|ty| contained_non_local_types(tcx, ty, in_crate)).collect()
710             }
711             None => vec![ty],
712         }
713     }
714 }
715
716 /// For `#[fundamental]` ADTs and `&T` / `&mut T`, returns `Some` with the
717 /// type parameters of the ADT, or `T`, respectively. For non-fundamental
718 /// types, returns `None`.
719 fn fundamental_ty_inner_tys<'tcx>(
720     tcx: TyCtxt<'tcx>,
721     ty: Ty<'tcx>,
722 ) -> Option<impl Iterator<Item = Ty<'tcx>>> {
723     let (first_ty, rest_tys) = match *ty.kind() {
724         ty::Ref(_, ty, _) => (ty, ty::subst::InternalSubsts::empty().types()),
725         ty::Adt(def, substs) if def.is_fundamental() => {
726             let mut types = substs.types();
727
728             // FIXME(eddyb) actually validate `#[fundamental]` up-front.
729             match types.next() {
730                 None => {
731                     tcx.sess.span_err(
732                         tcx.def_span(def.did()),
733                         "`#[fundamental]` requires at least one type parameter",
734                     );
735
736                     return None;
737                 }
738
739                 Some(first_ty) => (first_ty, types),
740             }
741         }
742         _ => return None,
743     };
744
745     Some(iter::once(first_ty).chain(rest_tys))
746 }
747
748 fn def_id_is_local(def_id: DefId, in_crate: InCrate) -> bool {
749     match in_crate {
750         // The type is local to *this* crate - it will not be
751         // local in any other crate.
752         InCrate::Remote => false,
753         InCrate::Local => def_id.is_local(),
754     }
755 }
756
757 fn ty_is_local_constructor(ty: Ty<'_>, in_crate: InCrate) -> bool {
758     debug!("ty_is_local_constructor({:?})", ty);
759
760     match *ty.kind() {
761         ty::Bool
762         | ty::Char
763         | ty::Int(..)
764         | ty::Uint(..)
765         | ty::Float(..)
766         | ty::Str
767         | ty::FnDef(..)
768         | ty::FnPtr(_)
769         | ty::Array(..)
770         | ty::Slice(..)
771         | ty::RawPtr(..)
772         | ty::Ref(..)
773         | ty::Never
774         | ty::Tuple(..)
775         | ty::Param(..)
776         | ty::Projection(..) => false,
777
778         ty::Placeholder(..) | ty::Bound(..) | ty::Infer(..) => match in_crate {
779             InCrate::Local => false,
780             // The inference variable might be unified with a local
781             // type in that remote crate.
782             InCrate::Remote => true,
783         },
784
785         ty::Adt(def, _) => def_id_is_local(def.did(), in_crate),
786         ty::Foreign(did) => def_id_is_local(did, in_crate),
787         ty::Opaque(..) => {
788             // This merits some explanation.
789             // Normally, opaque types are not involed when performing
790             // coherence checking, since it is illegal to directly
791             // implement a trait on an opaque type. However, we might
792             // end up looking at an opaque type during coherence checking
793             // if an opaque type gets used within another type (e.g. as
794             // a type parameter). This requires us to decide whether or
795             // not an opaque type should be considered 'local' or not.
796             //
797             // We choose to treat all opaque types as non-local, even
798             // those that appear within the same crate. This seems
799             // somewhat surprising at first, but makes sense when
800             // you consider that opaque types are supposed to hide
801             // the underlying type *within the same crate*. When an
802             // opaque type is used from outside the module
803             // where it is declared, it should be impossible to observe
804             // anything about it other than the traits that it implements.
805             //
806             // The alternative would be to look at the underlying type
807             // to determine whether or not the opaque type itself should
808             // be considered local. However, this could make it a breaking change
809             // to switch the underlying ('defining') type from a local type
810             // to a remote type. This would violate the rule that opaque
811             // types should be completely opaque apart from the traits
812             // that they implement, so we don't use this behavior.
813             false
814         }
815
816         ty::Closure(..) => {
817             // Similar to the `Opaque` case (#83613).
818             false
819         }
820
821         ty::Dynamic(ref tt, ..) => {
822             if let Some(principal) = tt.principal() {
823                 def_id_is_local(principal.def_id(), in_crate)
824             } else {
825                 false
826             }
827         }
828
829         ty::Error(_) => true,
830
831         ty::Generator(..) | ty::GeneratorWitness(..) => {
832             bug!("ty_is_local invoked on unexpected type: {:?}", ty)
833         }
834     }
835 }