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[rust.git] / compiler / rustc_typeck / src / check / fallback.rs
1 use crate::check::FnCtxt;
2 use rustc_data_structures::{
3     fx::FxHashMap,
4     graph::WithSuccessors,
5     graph::{iterate::DepthFirstSearch, vec_graph::VecGraph},
6     stable_set::FxHashSet,
7 };
8 use rustc_middle::ty::{self, Ty};
9
10 impl<'tcx> FnCtxt<'_, 'tcx> {
11     /// Performs type inference fallback, returning true if any fallback
12     /// occurs.
13     pub(super) fn type_inference_fallback(&self) -> bool {
14         debug!(
15             "type-inference-fallback start obligations: {:#?}",
16             self.fulfillment_cx.borrow_mut().pending_obligations()
17         );
18
19         // All type checking constraints were added, try to fallback unsolved variables.
20         self.select_obligations_where_possible(false, |_| {});
21
22         debug!(
23             "type-inference-fallback post selection obligations: {:#?}",
24             self.fulfillment_cx.borrow_mut().pending_obligations()
25         );
26
27         // Check if we have any unsolved varibales. If not, no need for fallback.
28         let unsolved_variables = self.unsolved_variables();
29         if unsolved_variables.is_empty() {
30             return false;
31         }
32
33         let diverging_fallback = self.calculate_diverging_fallback(&unsolved_variables);
34
35         let mut fallback_has_occurred = false;
36         // We do fallback in two passes, to try to generate
37         // better error messages.
38         // The first time, we do *not* replace opaque types.
39         for ty in unsolved_variables {
40             debug!("unsolved_variable = {:?}", ty);
41             fallback_has_occurred |= self.fallback_if_possible(ty, &diverging_fallback);
42         }
43
44         // We now see if we can make progress. This might cause us to
45         // unify inference variables for opaque types, since we may
46         // have unified some other type variables during the first
47         // phase of fallback.  This means that we only replace
48         // inference variables with their underlying opaque types as a
49         // last resort.
50         //
51         // In code like this:
52         //
53         // ```rust
54         // type MyType = impl Copy;
55         // fn produce() -> MyType { true }
56         // fn bad_produce() -> MyType { panic!() }
57         // ```
58         //
59         // we want to unify the opaque inference variable in `bad_produce`
60         // with the diverging fallback for `panic!` (e.g. `()` or `!`).
61         // This will produce a nice error message about conflicting concrete
62         // types for `MyType`.
63         //
64         // If we had tried to fallback the opaque inference variable to `MyType`,
65         // we will generate a confusing type-check error that does not explicitly
66         // refer to opaque types.
67         self.select_obligations_where_possible(fallback_has_occurred, |_| {});
68
69         // We now run fallback again, but this time we allow it to replace
70         // unconstrained opaque type variables, in addition to performing
71         // other kinds of fallback.
72         for ty in &self.unsolved_variables() {
73             fallback_has_occurred |= self.fallback_opaque_type_vars(*ty);
74         }
75
76         // See if we can make any more progress.
77         self.select_obligations_where_possible(fallback_has_occurred, |_| {});
78
79         fallback_has_occurred
80     }
81
82     // Tries to apply a fallback to `ty` if it is an unsolved variable.
83     //
84     // - Unconstrained ints are replaced with `i32`.
85     //
86     // - Unconstrained floats are replaced with with `f64`.
87     //
88     // - Non-numerics may get replaced with `()` or `!`, depending on
89     //   how they were categorized by `calculate_diverging_fallback`
90     //   (and the setting of `#![feature(never_type_fallback)]`).
91     //
92     // Fallback becomes very dubious if we have encountered
93     // type-checking errors.  In that case, fallback to Error.
94     //
95     // The return value indicates whether fallback has occurred.
96     fn fallback_if_possible(
97         &self,
98         ty: Ty<'tcx>,
99         diverging_fallback: &FxHashMap<Ty<'tcx>, Ty<'tcx>>,
100     ) -> bool {
101         // Careful: we do NOT shallow-resolve `ty`. We know that `ty`
102         // is an unsolved variable, and we determine its fallback
103         // based solely on how it was created, not what other type
104         // variables it may have been unified with since then.
105         //
106         // The reason this matters is that other attempts at fallback
107         // may (in principle) conflict with this fallback, and we wish
108         // to generate a type error in that case. (However, this
109         // actually isn't true right now, because we're only using the
110         // builtin fallback rules. This would be true if we were using
111         // user-supplied fallbacks. But it's still useful to write the
112         // code to detect bugs.)
113         //
114         // (Note though that if we have a general type variable `?T`
115         // that is then unified with an integer type variable `?I`
116         // that ultimately never gets resolved to a special integral
117         // type, `?T` is not considered unsolved, but `?I` is. The
118         // same is true for float variables.)
119         let fallback = match ty.kind() {
120             _ if self.is_tainted_by_errors() => self.tcx.ty_error(),
121             ty::Infer(ty::IntVar(_)) => self.tcx.types.i32,
122             ty::Infer(ty::FloatVar(_)) => self.tcx.types.f64,
123             _ => match diverging_fallback.get(&ty) {
124                 Some(&fallback_ty) => fallback_ty,
125                 None => return false,
126             },
127         };
128         debug!("fallback_if_possible(ty={:?}): defaulting to `{:?}`", ty, fallback);
129
130         let span = self
131             .infcx
132             .type_var_origin(ty)
133             .map(|origin| origin.span)
134             .unwrap_or(rustc_span::DUMMY_SP);
135         self.demand_eqtype(span, ty, fallback);
136         true
137     }
138
139     /// Second round of fallback: Unconstrained type variables created
140     /// from the instantiation of an opaque type fall back to the
141     /// opaque type itself. This is a somewhat incomplete attempt to
142     /// manage "identity passthrough" for `impl Trait` types.
143     ///
144     /// For example, in this code:
145     ///
146     ///```
147     /// type MyType = impl Copy;
148     /// fn defining_use() -> MyType { true }
149     /// fn other_use() -> MyType { defining_use() }
150     /// ```
151     ///
152     /// `defining_use` will constrain the instantiated inference
153     /// variable to `bool`, while `other_use` will constrain
154     /// the instantiated inference variable to `MyType`.
155     ///
156     /// When we process opaque types during writeback, we
157     /// will handle cases like `other_use`, and not count
158     /// them as defining usages
159     ///
160     /// However, we also need to handle cases like this:
161     ///
162     /// ```rust
163     /// pub type Foo = impl Copy;
164     /// fn produce() -> Option<Foo> {
165     ///     None
166     ///  }
167     ///  ```
168     ///
169     /// In the above snippet, the inference variable created by
170     /// instantiating `Option<Foo>` will be completely unconstrained.
171     /// We treat this as a non-defining use by making the inference
172     /// variable fall back to the opaque type itself.
173     fn fallback_opaque_type_vars(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
174         let span = self
175             .infcx
176             .type_var_origin(ty)
177             .map(|origin| origin.span)
178             .unwrap_or(rustc_span::DUMMY_SP);
179         let oty = self.inner.borrow().opaque_types_vars.get(&ty).copied();
180         if let Some(opaque_ty) = oty {
181             debug!(
182                 "fallback_opaque_type_vars(ty={:?}): falling back to opaque type {:?}",
183                 ty, opaque_ty
184             );
185             self.demand_eqtype(span, ty, opaque_ty);
186             true
187         } else {
188             return false;
189         }
190     }
191
192     /// The "diverging fallback" system is rather complicated. This is
193     /// a result of our need to balance 'do the right thing' with
194     /// backwards compatibility.
195     ///
196     /// "Diverging" type variables are variables created when we
197     /// coerce a `!` type into an unbound type variable `?X`. If they
198     /// never wind up being constrained, the "right and natural" thing
199     /// is that `?X` should "fallback" to `!`. This means that e.g. an
200     /// expression like `Some(return)` will ultimately wind up with a
201     /// type like `Option<!>` (presuming it is not assigned or
202     /// constrained to have some other type).
203     ///
204     /// However, the fallback used to be `()` (before the `!` type was
205     /// added).  Moreover, there are cases where the `!` type 'leaks
206     /// out' from dead code into type variables that affect live
207     /// code. The most common case is something like this:
208     ///
209     /// ```rust
210     /// match foo() {
211     ///     22 => Default::default(), // call this type `?D`
212     ///     _ => return, // return has type `!`
213     /// } // call the type of this match `?M`
214     /// ```
215     ///
216     /// Here, coercing the type `!` into `?M` will create a diverging
217     /// type variable `?X` where `?X <: ?M`.  We also have that `?D <:
218     /// ?M`. If `?M` winds up unconstrained, then `?X` will
219     /// fallback. If it falls back to `!`, then all the type variables
220     /// will wind up equal to `!` -- this includes the type `?D`
221     /// (since `!` doesn't implement `Default`, we wind up a "trait
222     /// not implemented" error in code like this). But since the
223     /// original fallback was `()`, this code used to compile with `?D
224     /// = ()`. This is somewhat surprising, since `Default::default()`
225     /// on its own would give an error because the types are
226     /// insufficiently constrained.
227     ///
228     /// Our solution to this dilemma is to modify diverging variables
229     /// so that they can *either* fallback to `!` (the default) or to
230     /// `()` (the backwards compatibility case). We decide which
231     /// fallback to use based on whether there is a coercion pattern
232     /// like this:
233     ///
234     /// ```
235     /// ?Diverging -> ?V
236     /// ?NonDiverging -> ?V
237     /// ?V != ?NonDiverging
238     /// ```
239     ///
240     /// Here `?Diverging` represents some diverging type variable and
241     /// `?NonDiverging` represents some non-diverging type
242     /// variable. `?V` can be any type variable (diverging or not), so
243     /// long as it is not equal to `?NonDiverging`.
244     ///
245     /// Intuitively, what we are looking for is a case where a
246     /// "non-diverging" type variable (like `?M` in our example above)
247     /// is coerced *into* some variable `?V` that would otherwise
248     /// fallback to `!`. In that case, we make `?V` fallback to `!`,
249     /// along with anything that would flow into `?V`.
250     ///
251     /// The algorithm we use:
252     /// * Identify all variables that are coerced *into* by a
253     ///   diverging variable.  Do this by iterating over each
254     ///   diverging, unsolved variable and finding all variables
255     ///   reachable from there. Call that set `D`.
256     /// * Walk over all unsolved, non-diverging variables, and find
257     ///   any variable that has an edge into `D`.
258     fn calculate_diverging_fallback(
259         &self,
260         unsolved_variables: &[Ty<'tcx>],
261     ) -> FxHashMap<Ty<'tcx>, Ty<'tcx>> {
262         debug!("calculate_diverging_fallback({:?})", unsolved_variables);
263
264         let relationships = self.fulfillment_cx.borrow_mut().relationships().clone();
265
266         // Construct a coercion graph where an edge `A -> B` indicates
267         // a type variable is that is coerced
268         let coercion_graph = self.create_coercion_graph();
269
270         // Extract the unsolved type inference variable vids; note that some
271         // unsolved variables are integer/float variables and are excluded.
272         let unsolved_vids = unsolved_variables.iter().filter_map(|ty| ty.ty_vid());
273
274         // Compute the diverging root vids D -- that is, the root vid of
275         // those type variables that (a) are the target of a coercion from
276         // a `!` type and (b) have not yet been solved.
277         //
278         // These variables are the ones that are targets for fallback to
279         // either `!` or `()`.
280         let diverging_roots: FxHashSet<ty::TyVid> = self
281             .diverging_type_vars
282             .borrow()
283             .iter()
284             .map(|&ty| self.infcx.shallow_resolve(ty))
285             .filter_map(|ty| ty.ty_vid())
286             .map(|vid| self.infcx.root_var(vid))
287             .collect();
288         debug!(
289             "calculate_diverging_fallback: diverging_type_vars={:?}",
290             self.diverging_type_vars.borrow()
291         );
292         debug!("calculate_diverging_fallback: diverging_roots={:?}", diverging_roots);
293
294         // Find all type variables that are reachable from a diverging
295         // type variable. These will typically default to `!`, unless
296         // we find later that they are *also* reachable from some
297         // other type variable outside this set.
298         let mut roots_reachable_from_diverging = DepthFirstSearch::new(&coercion_graph);
299         let mut diverging_vids = vec![];
300         let mut non_diverging_vids = vec![];
301         for unsolved_vid in unsolved_vids {
302             let root_vid = self.infcx.root_var(unsolved_vid);
303             debug!(
304                 "calculate_diverging_fallback: unsolved_vid={:?} root_vid={:?} diverges={:?}",
305                 unsolved_vid,
306                 root_vid,
307                 diverging_roots.contains(&root_vid),
308             );
309             if diverging_roots.contains(&root_vid) {
310                 diverging_vids.push(unsolved_vid);
311                 roots_reachable_from_diverging.push_start_node(root_vid);
312
313                 debug!(
314                     "calculate_diverging_fallback: root_vid={:?} reaches {:?}",
315                     root_vid,
316                     coercion_graph.depth_first_search(root_vid).collect::<Vec<_>>()
317                 );
318
319                 // drain the iterator to visit all nodes reachable from this node
320                 roots_reachable_from_diverging.complete_search();
321             } else {
322                 non_diverging_vids.push(unsolved_vid);
323             }
324         }
325
326         debug!(
327             "calculate_diverging_fallback: roots_reachable_from_diverging={:?}",
328             roots_reachable_from_diverging,
329         );
330
331         // Find all type variables N0 that are not reachable from a
332         // diverging variable, and then compute the set reachable from
333         // N0, which we call N. These are the *non-diverging* type
334         // variables. (Note that this set consists of "root variables".)
335         let mut roots_reachable_from_non_diverging = DepthFirstSearch::new(&coercion_graph);
336         for &non_diverging_vid in &non_diverging_vids {
337             let root_vid = self.infcx.root_var(non_diverging_vid);
338             if roots_reachable_from_diverging.visited(root_vid) {
339                 continue;
340             }
341             roots_reachable_from_non_diverging.push_start_node(root_vid);
342             roots_reachable_from_non_diverging.complete_search();
343         }
344         debug!(
345             "calculate_diverging_fallback: roots_reachable_from_non_diverging={:?}",
346             roots_reachable_from_non_diverging,
347         );
348
349         debug!("inherited: {:#?}", self.inh.fulfillment_cx.borrow_mut().pending_obligations());
350         debug!("obligations: {:#?}", self.fulfillment_cx.borrow_mut().pending_obligations());
351         debug!("relationships: {:#?}", relationships);
352
353         // For each diverging variable, figure out whether it can
354         // reach a member of N. If so, it falls back to `()`. Else
355         // `!`.
356         let mut diverging_fallback = FxHashMap::default();
357         diverging_fallback.reserve(diverging_vids.len());
358         for &diverging_vid in &diverging_vids {
359             let diverging_ty = self.tcx.mk_ty_var(diverging_vid);
360             let root_vid = self.infcx.root_var(diverging_vid);
361             let can_reach_non_diverging = coercion_graph
362                 .depth_first_search(root_vid)
363                 .any(|n| roots_reachable_from_non_diverging.visited(n));
364
365             let mut relationship = ty::FoundRelationships { self_in_trait: false, output: false };
366
367             for (vid, rel) in relationships.iter() {
368                 if self.infcx.root_var(*vid) == root_vid {
369                     relationship.self_in_trait |= rel.self_in_trait;
370                     relationship.output |= rel.output;
371                 }
372             }
373
374             if relationship.self_in_trait && relationship.output {
375                 // This case falls back to () to ensure that the code pattern in
376                 // src/test/ui/never_type/fallback-closure-ret.rs continues to
377                 // compile when never_type_fallback is enabled.
378                 //
379                 // This rule is not readily explainable from first principles,
380                 // but is rather intended as a patchwork fix to ensure code
381                 // which compiles before the stabilization of never type
382                 // fallback continues to work.
383                 //
384                 // Typically this pattern is encountered in a function taking a
385                 // closure as a parameter, where the return type of that closure
386                 // (checked by `relationship.output`) is expected to implement
387                 // some trait (checked by `relationship.self_in_trait`). This
388                 // can come up in non-closure cases too, so we do not limit this
389                 // rule to specifically `FnOnce`.
390                 //
391                 // When the closure's body is something like `panic!()`, the
392                 // return type would normally be inferred to `!`. However, it
393                 // needs to fall back to `()` in order to still compile, as the
394                 // trait is specifically implemented for `()` but not `!`.
395                 //
396                 // For details on the requirements for these relationships to be
397                 // set, see the relationship finding module in
398                 // compiler/rustc_trait_selection/src/traits/relationships.rs.
399                 debug!("fallback to () - found trait and projection: {:?}", diverging_vid);
400                 diverging_fallback.insert(diverging_ty, self.tcx.types.unit);
401             } else if can_reach_non_diverging {
402                 debug!("fallback to () - reached non-diverging: {:?}", diverging_vid);
403                 diverging_fallback.insert(diverging_ty, self.tcx.types.unit);
404             } else {
405                 debug!("fallback to ! - all diverging: {:?}", diverging_vid);
406                 diverging_fallback.insert(diverging_ty, self.tcx.mk_diverging_default());
407             }
408         }
409
410         diverging_fallback
411     }
412
413     /// Returns a graph whose nodes are (unresolved) inference variables and where
414     /// an edge `?A -> ?B` indicates that the variable `?A` is coerced to `?B`.
415     fn create_coercion_graph(&self) -> VecGraph<ty::TyVid> {
416         let pending_obligations = self.fulfillment_cx.borrow_mut().pending_obligations();
417         debug!("create_coercion_graph: pending_obligations={:?}", pending_obligations);
418         let coercion_edges: Vec<(ty::TyVid, ty::TyVid)> = pending_obligations
419             .into_iter()
420             .filter_map(|obligation| {
421                 // The predicates we are looking for look like `Coerce(?A -> ?B)`.
422                 // They will have no bound variables.
423                 obligation.predicate.kind().no_bound_vars()
424             })
425             .filter_map(|atom| {
426                 // We consider both subtyping and coercion to imply 'flow' from
427                 // some position in the code `a` to a different position `b`.
428                 // This is then used to determine which variables interact with
429                 // live code, and as such must fall back to `()` to preserve
430                 // soundness.
431                 //
432                 // In practice currently the two ways that this happens is
433                 // coercion and subtyping.
434                 let (a, b) = if let ty::PredicateKind::Coerce(ty::CoercePredicate { a, b }) = atom {
435                     (a, b)
436                 } else if let ty::PredicateKind::Subtype(ty::SubtypePredicate {
437                     a_is_expected: _,
438                     a,
439                     b,
440                 }) = atom
441                 {
442                     (a, b)
443                 } else {
444                     return None;
445                 };
446
447                 let a_vid = self.root_vid(a)?;
448                 let b_vid = self.root_vid(b)?;
449                 Some((a_vid, b_vid))
450             })
451             .collect();
452         debug!("create_coercion_graph: coercion_edges={:?}", coercion_edges);
453         let num_ty_vars = self.infcx.num_ty_vars();
454         VecGraph::new(num_ty_vars, coercion_edges)
455     }
456
457     /// If `ty` is an unresolved type variable, returns its root vid.
458     fn root_vid(&self, ty: Ty<'tcx>) -> Option<ty::TyVid> {
459         Some(self.infcx.root_var(self.infcx.shallow_resolve(ty).ty_vid()?))
460     }
461 }