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[rust.git] / crates / hir-ty / src / infer.rs
1 //! Type inference, i.e. the process of walking through the code and determining
2 //! the type of each expression and pattern.
3 //!
4 //! For type inference, compare the implementations in rustc (the various
5 //! check_* methods in librustc_typeck/check/mod.rs are a good entry point) and
6 //! IntelliJ-Rust (org.rust.lang.core.types.infer). Our entry point for
7 //! inference here is the `infer` function, which infers the types of all
8 //! expressions in a given function.
9 //!
10 //! During inference, types (i.e. the `Ty` struct) can contain type 'variables'
11 //! which represent currently unknown types; as we walk through the expressions,
12 //! we might determine that certain variables need to be equal to each other, or
13 //! to certain types. To record this, we use the union-find implementation from
14 //! the `ena` crate, which is extracted from rustc.
15
16 use std::ops::Index;
17 use std::sync::Arc;
18
19 use chalk_ir::{cast::Cast, ConstValue, DebruijnIndex, Mutability, Safety, Scalar, TypeFlags};
20 use hir_def::{
21     body::Body,
22     data::{ConstData, StaticData},
23     expr::{BindingAnnotation, ExprId, PatId},
24     lang_item::LangItemTarget,
25     path::{path, Path},
26     resolver::{HasResolver, ResolveValueResult, Resolver, TypeNs, ValueNs},
27     type_ref::TypeRef,
28     AdtId, AssocItemId, DefWithBodyId, EnumVariantId, FieldId, FunctionId, HasModule, Lookup,
29     TraitId, TypeAliasId, VariantId,
30 };
31 use hir_expand::name::{name, Name};
32 use itertools::Either;
33 use la_arena::ArenaMap;
34 use rustc_hash::FxHashMap;
35 use stdx::{always, impl_from};
36
37 use crate::{
38     db::HirDatabase, fold_tys, fold_tys_and_consts, infer::coerce::CoerceMany,
39     lower::ImplTraitLoweringMode, to_assoc_type_id, AliasEq, AliasTy, Const, DomainGoal,
40     GenericArg, Goal, ImplTraitId, InEnvironment, Interner, ProjectionTy, Substitution,
41     TraitEnvironment, TraitRef, Ty, TyBuilder, TyExt, TyKind,
42 };
43
44 // This lint has a false positive here. See the link below for details.
45 //
46 // https://github.com/rust-lang/rust/issues/57411
47 #[allow(unreachable_pub)]
48 pub use coerce::could_coerce;
49 #[allow(unreachable_pub)]
50 pub use unify::could_unify;
51
52 pub(crate) mod unify;
53 mod path;
54 mod expr;
55 mod pat;
56 mod coerce;
57 mod closure;
58
59 /// The entry point of type inference.
60 pub(crate) fn infer_query(db: &dyn HirDatabase, def: DefWithBodyId) -> Arc<InferenceResult> {
61     let _p = profile::span("infer_query");
62     let resolver = def.resolver(db.upcast());
63     let body = db.body(def);
64     let mut ctx = InferenceContext::new(db, def, &body, resolver);
65
66     match def {
67         DefWithBodyId::ConstId(c) => ctx.collect_const(&db.const_data(c)),
68         DefWithBodyId::FunctionId(f) => ctx.collect_fn(f),
69         DefWithBodyId::StaticId(s) => ctx.collect_static(&db.static_data(s)),
70     }
71
72     ctx.infer_body();
73
74     Arc::new(ctx.resolve_all())
75 }
76
77 /// Fully normalize all the types found within `ty` in context of `owner` body definition.
78 ///
79 /// This is appropriate to use only after type-check: it assumes
80 /// that normalization will succeed, for example.
81 pub(crate) fn normalize(db: &dyn HirDatabase, owner: DefWithBodyId, ty: Ty) -> Ty {
82     if !ty.data(Interner).flags.intersects(TypeFlags::HAS_PROJECTION) {
83         return ty;
84     }
85     let krate = owner.module(db.upcast()).krate();
86     let trait_env = owner
87         .as_generic_def_id()
88         .map_or_else(|| Arc::new(TraitEnvironment::empty(krate)), |d| db.trait_environment(d));
89     let mut table = unify::InferenceTable::new(db, trait_env);
90
91     let ty_with_vars = table.normalize_associated_types_in(ty);
92     table.resolve_obligations_as_possible();
93     table.propagate_diverging_flag();
94     table.resolve_completely(ty_with_vars)
95 }
96
97 #[derive(Debug, Copy, Clone, Hash, PartialEq, Eq)]
98 enum ExprOrPatId {
99     ExprId(ExprId),
100     PatId(PatId),
101 }
102 impl_from!(ExprId, PatId for ExprOrPatId);
103
104 /// Binding modes inferred for patterns.
105 /// <https://doc.rust-lang.org/reference/patterns.html#binding-modes>
106 #[derive(Copy, Clone, Debug, Eq, PartialEq)]
107 pub enum BindingMode {
108     Move,
109     Ref(Mutability),
110 }
111
112 impl BindingMode {
113     fn convert(annotation: BindingAnnotation) -> BindingMode {
114         match annotation {
115             BindingAnnotation::Unannotated | BindingAnnotation::Mutable => BindingMode::Move,
116             BindingAnnotation::Ref => BindingMode::Ref(Mutability::Not),
117             BindingAnnotation::RefMut => BindingMode::Ref(Mutability::Mut),
118         }
119     }
120 }
121
122 impl Default for BindingMode {
123     fn default() -> Self {
124         BindingMode::Move
125     }
126 }
127
128 /// Used to generalize patterns and assignee expressions.
129 trait PatLike: Into<ExprOrPatId> + Copy {
130     type BindingMode: Copy;
131
132     fn infer(
133         this: &mut InferenceContext<'_>,
134         id: Self,
135         expected_ty: &Ty,
136         default_bm: Self::BindingMode,
137     ) -> Ty;
138 }
139
140 impl PatLike for ExprId {
141     type BindingMode = ();
142
143     fn infer(
144         this: &mut InferenceContext<'_>,
145         id: Self,
146         expected_ty: &Ty,
147         _: Self::BindingMode,
148     ) -> Ty {
149         this.infer_assignee_expr(id, expected_ty)
150     }
151 }
152
153 impl PatLike for PatId {
154     type BindingMode = BindingMode;
155
156     fn infer(
157         this: &mut InferenceContext<'_>,
158         id: Self,
159         expected_ty: &Ty,
160         default_bm: Self::BindingMode,
161     ) -> Ty {
162         this.infer_pat(id, expected_ty, default_bm)
163     }
164 }
165
166 #[derive(Debug)]
167 pub(crate) struct InferOk<T> {
168     value: T,
169     goals: Vec<InEnvironment<Goal>>,
170 }
171
172 impl<T> InferOk<T> {
173     fn map<U>(self, f: impl FnOnce(T) -> U) -> InferOk<U> {
174         InferOk { value: f(self.value), goals: self.goals }
175     }
176 }
177
178 #[derive(Debug)]
179 pub(crate) struct TypeError;
180 pub(crate) type InferResult<T> = Result<InferOk<T>, TypeError>;
181
182 #[derive(Debug, PartialEq, Eq, Clone)]
183 pub enum InferenceDiagnostic {
184     NoSuchField { expr: ExprId },
185     BreakOutsideOfLoop { expr: ExprId },
186     MismatchedArgCount { call_expr: ExprId, expected: usize, found: usize },
187 }
188
189 /// A mismatch between an expected and an inferred type.
190 #[derive(Clone, PartialEq, Eq, Debug, Hash)]
191 pub struct TypeMismatch {
192     pub expected: Ty,
193     pub actual: Ty,
194 }
195
196 #[derive(Clone, PartialEq, Eq, Debug)]
197 struct InternedStandardTypes {
198     unknown: Ty,
199     bool_: Ty,
200     unit: Ty,
201 }
202
203 impl Default for InternedStandardTypes {
204     fn default() -> Self {
205         InternedStandardTypes {
206             unknown: TyKind::Error.intern(Interner),
207             bool_: TyKind::Scalar(Scalar::Bool).intern(Interner),
208             unit: TyKind::Tuple(0, Substitution::empty(Interner)).intern(Interner),
209         }
210     }
211 }
212 /// Represents coercing a value to a different type of value.
213 ///
214 /// We transform values by following a number of `Adjust` steps in order.
215 /// See the documentation on variants of `Adjust` for more details.
216 ///
217 /// Here are some common scenarios:
218 ///
219 /// 1. The simplest cases are where a pointer is not adjusted fat vs thin.
220 ///    Here the pointer will be dereferenced N times (where a dereference can
221 ///    happen to raw or borrowed pointers or any smart pointer which implements
222 ///    Deref, including Box<_>). The types of dereferences is given by
223 ///    `autoderefs`. It can then be auto-referenced zero or one times, indicated
224 ///    by `autoref`, to either a raw or borrowed pointer. In these cases unsize is
225 ///    `false`.
226 ///
227 /// 2. A thin-to-fat coercion involves unsizing the underlying data. We start
228 ///    with a thin pointer, deref a number of times, unsize the underlying data,
229 ///    then autoref. The 'unsize' phase may change a fixed length array to a
230 ///    dynamically sized one, a concrete object to a trait object, or statically
231 ///    sized struct to a dynamically sized one. E.g., &[i32; 4] -> &[i32] is
232 ///    represented by:
233 ///
234 ///    ```
235 ///    Deref(None) -> [i32; 4],
236 ///    Borrow(AutoBorrow::Ref) -> &[i32; 4],
237 ///    Unsize -> &[i32],
238 ///    ```
239 ///
240 ///    Note that for a struct, the 'deep' unsizing of the struct is not recorded.
241 ///    E.g., `struct Foo<T> { x: T }` we can coerce &Foo<[i32; 4]> to &Foo<[i32]>
242 ///    The autoderef and -ref are the same as in the above example, but the type
243 ///    stored in `unsize` is `Foo<[i32]>`, we don't store any further detail about
244 ///    the underlying conversions from `[i32; 4]` to `[i32]`.
245 ///
246 /// 3. Coercing a `Box<T>` to `Box<dyn Trait>` is an interesting special case. In
247 ///    that case, we have the pointer we need coming in, so there are no
248 ///    autoderefs, and no autoref. Instead we just do the `Unsize` transformation.
249 ///    At some point, of course, `Box` should move out of the compiler, in which
250 ///    case this is analogous to transforming a struct. E.g., Box<[i32; 4]> ->
251 ///    Box<[i32]> is an `Adjust::Unsize` with the target `Box<[i32]>`.
252 #[derive(Clone, Debug, PartialEq, Eq, Hash)]
253 pub struct Adjustment {
254     pub kind: Adjust,
255     pub target: Ty,
256 }
257
258 #[derive(Clone, Copy, Debug, PartialEq, Eq, Hash)]
259 pub enum Adjust {
260     /// Go from ! to any type.
261     NeverToAny,
262     /// Dereference once, producing a place.
263     Deref(Option<OverloadedDeref>),
264     /// Take the address and produce either a `&` or `*` pointer.
265     Borrow(AutoBorrow),
266     Pointer(PointerCast),
267 }
268
269 /// An overloaded autoderef step, representing a `Deref(Mut)::deref(_mut)`
270 /// call, with the signature `&'a T -> &'a U` or `&'a mut T -> &'a mut U`.
271 /// The target type is `U` in both cases, with the region and mutability
272 /// being those shared by both the receiver and the returned reference.
273 #[derive(Clone, Copy, Debug, PartialEq, Eq, Hash)]
274 pub struct OverloadedDeref(pub Mutability);
275
276 #[derive(Clone, Copy, Debug, PartialEq, Eq, Hash)]
277 pub enum AutoBorrow {
278     /// Converts from T to &T.
279     Ref(Mutability),
280     /// Converts from T to *T.
281     RawPtr(Mutability),
282 }
283
284 #[derive(Clone, Copy, Debug, PartialEq, Eq, Hash)]
285 pub enum PointerCast {
286     /// Go from a fn-item type to a fn-pointer type.
287     ReifyFnPointer,
288
289     /// Go from a safe fn pointer to an unsafe fn pointer.
290     UnsafeFnPointer,
291
292     /// Go from a non-capturing closure to an fn pointer or an unsafe fn pointer.
293     /// It cannot convert a closure that requires unsafe.
294     ClosureFnPointer(Safety),
295
296     /// Go from a mut raw pointer to a const raw pointer.
297     MutToConstPointer,
298
299     #[allow(dead_code)]
300     /// Go from `*const [T; N]` to `*const T`
301     ArrayToPointer,
302
303     /// Unsize a pointer/reference value, e.g., `&[T; n]` to
304     /// `&[T]`. Note that the source could be a thin or fat pointer.
305     /// This will do things like convert thin pointers to fat
306     /// pointers, or convert structs containing thin pointers to
307     /// structs containing fat pointers, or convert between fat
308     /// pointers. We don't store the details of how the transform is
309     /// done (in fact, we don't know that, because it might depend on
310     /// the precise type parameters). We just store the target
311     /// type. Codegen backends and miri figure out what has to be done
312     /// based on the precise source/target type at hand.
313     Unsize,
314 }
315
316 /// The result of type inference: A mapping from expressions and patterns to types.
317 #[derive(Clone, PartialEq, Eq, Debug, Default)]
318 pub struct InferenceResult {
319     /// For each method call expr, records the function it resolves to.
320     method_resolutions: FxHashMap<ExprId, (FunctionId, Substitution)>,
321     /// For each field access expr, records the field it resolves to.
322     field_resolutions: FxHashMap<ExprId, FieldId>,
323     /// For each struct literal or pattern, records the variant it resolves to.
324     variant_resolutions: FxHashMap<ExprOrPatId, VariantId>,
325     /// For each associated item record what it resolves to
326     assoc_resolutions: FxHashMap<ExprOrPatId, AssocItemId>,
327     pub diagnostics: Vec<InferenceDiagnostic>,
328     pub type_of_expr: ArenaMap<ExprId, Ty>,
329     /// For each pattern record the type it resolves to.
330     ///
331     /// **Note**: When a pattern type is resolved it may still contain
332     /// unresolved or missing subpatterns or subpatterns of mismatched types.
333     pub type_of_pat: ArenaMap<PatId, Ty>,
334     type_mismatches: FxHashMap<ExprOrPatId, TypeMismatch>,
335     /// Interned Unknown to return references to.
336     standard_types: InternedStandardTypes,
337     /// Stores the types which were implicitly dereferenced in pattern binding modes.
338     pub pat_adjustments: FxHashMap<PatId, Vec<Ty>>,
339     pub pat_binding_modes: FxHashMap<PatId, BindingMode>,
340     pub expr_adjustments: FxHashMap<ExprId, Vec<Adjustment>>,
341 }
342
343 impl InferenceResult {
344     pub fn method_resolution(&self, expr: ExprId) -> Option<(FunctionId, Substitution)> {
345         self.method_resolutions.get(&expr).cloned()
346     }
347     pub fn field_resolution(&self, expr: ExprId) -> Option<FieldId> {
348         self.field_resolutions.get(&expr).copied()
349     }
350     pub fn variant_resolution_for_expr(&self, id: ExprId) -> Option<VariantId> {
351         self.variant_resolutions.get(&id.into()).copied()
352     }
353     pub fn variant_resolution_for_pat(&self, id: PatId) -> Option<VariantId> {
354         self.variant_resolutions.get(&id.into()).copied()
355     }
356     pub fn assoc_resolutions_for_expr(&self, id: ExprId) -> Option<AssocItemId> {
357         self.assoc_resolutions.get(&id.into()).copied()
358     }
359     pub fn assoc_resolutions_for_pat(&self, id: PatId) -> Option<AssocItemId> {
360         self.assoc_resolutions.get(&id.into()).copied()
361     }
362     pub fn type_mismatch_for_expr(&self, expr: ExprId) -> Option<&TypeMismatch> {
363         self.type_mismatches.get(&expr.into())
364     }
365     pub fn type_mismatch_for_pat(&self, pat: PatId) -> Option<&TypeMismatch> {
366         self.type_mismatches.get(&pat.into())
367     }
368     pub fn expr_type_mismatches(&self) -> impl Iterator<Item = (ExprId, &TypeMismatch)> {
369         self.type_mismatches.iter().filter_map(|(expr_or_pat, mismatch)| match *expr_or_pat {
370             ExprOrPatId::ExprId(expr) => Some((expr, mismatch)),
371             _ => None,
372         })
373     }
374     pub fn pat_type_mismatches(&self) -> impl Iterator<Item = (PatId, &TypeMismatch)> {
375         self.type_mismatches.iter().filter_map(|(expr_or_pat, mismatch)| match *expr_or_pat {
376             ExprOrPatId::PatId(pat) => Some((pat, mismatch)),
377             _ => None,
378         })
379     }
380 }
381
382 impl Index<ExprId> for InferenceResult {
383     type Output = Ty;
384
385     fn index(&self, expr: ExprId) -> &Ty {
386         self.type_of_expr.get(expr).unwrap_or(&self.standard_types.unknown)
387     }
388 }
389
390 impl Index<PatId> for InferenceResult {
391     type Output = Ty;
392
393     fn index(&self, pat: PatId) -> &Ty {
394         self.type_of_pat.get(pat).unwrap_or(&self.standard_types.unknown)
395     }
396 }
397
398 /// The inference context contains all information needed during type inference.
399 #[derive(Clone, Debug)]
400 pub(crate) struct InferenceContext<'a> {
401     pub(crate) db: &'a dyn HirDatabase,
402     pub(crate) owner: DefWithBodyId,
403     pub(crate) body: &'a Body,
404     pub(crate) resolver: Resolver,
405     table: unify::InferenceTable<'a>,
406     trait_env: Arc<TraitEnvironment>,
407     pub(crate) result: InferenceResult,
408     /// The return type of the function being inferred, the closure or async block if we're
409     /// currently within one.
410     ///
411     /// We might consider using a nested inference context for checking
412     /// closures, but currently this is the only field that will change there,
413     /// so it doesn't make sense.
414     return_ty: Ty,
415     diverges: Diverges,
416     breakables: Vec<BreakableContext>,
417 }
418
419 #[derive(Clone, Debug)]
420 struct BreakableContext {
421     may_break: bool,
422     coerce: CoerceMany,
423     label: Option<name::Name>,
424 }
425
426 fn find_breakable<'c>(
427     ctxs: &'c mut [BreakableContext],
428     label: Option<&name::Name>,
429 ) -> Option<&'c mut BreakableContext> {
430     match label {
431         Some(_) => ctxs.iter_mut().rev().find(|ctx| ctx.label.as_ref() == label),
432         None => ctxs.last_mut(),
433     }
434 }
435
436 impl<'a> InferenceContext<'a> {
437     fn new(
438         db: &'a dyn HirDatabase,
439         owner: DefWithBodyId,
440         body: &'a Body,
441         resolver: Resolver,
442     ) -> Self {
443         let krate = owner.module(db.upcast()).krate();
444         let trait_env = owner
445             .as_generic_def_id()
446             .map_or_else(|| Arc::new(TraitEnvironment::empty(krate)), |d| db.trait_environment(d));
447         InferenceContext {
448             result: InferenceResult::default(),
449             table: unify::InferenceTable::new(db, trait_env.clone()),
450             trait_env,
451             return_ty: TyKind::Error.intern(Interner), // set in collect_fn_signature
452             db,
453             owner,
454             body,
455             resolver,
456             diverges: Diverges::Maybe,
457             breakables: Vec::new(),
458         }
459     }
460
461     fn resolve_all(self) -> InferenceResult {
462         let InferenceContext { mut table, mut result, .. } = self;
463
464         // FIXME resolve obligations as well (use Guidance if necessary)
465         table.resolve_obligations_as_possible();
466
467         // make sure diverging type variables are marked as such
468         table.propagate_diverging_flag();
469         for ty in result.type_of_expr.values_mut() {
470             *ty = table.resolve_completely(ty.clone());
471         }
472         for ty in result.type_of_pat.values_mut() {
473             *ty = table.resolve_completely(ty.clone());
474         }
475         for mismatch in result.type_mismatches.values_mut() {
476             mismatch.expected = table.resolve_completely(mismatch.expected.clone());
477             mismatch.actual = table.resolve_completely(mismatch.actual.clone());
478         }
479         for (_, subst) in result.method_resolutions.values_mut() {
480             *subst = table.resolve_completely(subst.clone());
481         }
482         for adjustment in result.expr_adjustments.values_mut().flatten() {
483             adjustment.target = table.resolve_completely(adjustment.target.clone());
484         }
485         for adjustment in result.pat_adjustments.values_mut().flatten() {
486             *adjustment = table.resolve_completely(adjustment.clone());
487         }
488         result
489     }
490
491     fn collect_const(&mut self, data: &ConstData) {
492         self.return_ty = self.make_ty(&data.type_ref);
493     }
494
495     fn collect_static(&mut self, data: &StaticData) {
496         self.return_ty = self.make_ty(&data.type_ref);
497     }
498
499     fn collect_fn(&mut self, func: FunctionId) {
500         let data = self.db.function_data(func);
501         let ctx = crate::lower::TyLoweringContext::new(self.db, &self.resolver)
502             .with_impl_trait_mode(ImplTraitLoweringMode::Param);
503         let param_tys =
504             data.params.iter().map(|(_, type_ref)| ctx.lower_ty(type_ref)).collect::<Vec<_>>();
505         for (ty, pat) in param_tys.into_iter().zip(self.body.params.iter()) {
506             let ty = self.insert_type_vars(ty);
507             let ty = self.normalize_associated_types_in(ty);
508
509             self.infer_pat(*pat, &ty, BindingMode::default());
510         }
511         let error_ty = &TypeRef::Error;
512         let return_ty = if data.has_async_kw() {
513             data.async_ret_type.as_deref().unwrap_or(error_ty)
514         } else {
515             &*data.ret_type
516         };
517         let return_ty = self.make_ty_with_mode(return_ty, ImplTraitLoweringMode::Opaque);
518         self.return_ty = return_ty;
519
520         if let Some(rpits) = self.db.return_type_impl_traits(func) {
521             // RPIT opaque types use substitution of their parent function.
522             let fn_placeholders = TyBuilder::placeholder_subst(self.db, func);
523             self.return_ty = fold_tys(
524                 self.return_ty.clone(),
525                 |ty, _| {
526                     let opaque_ty_id = match ty.kind(Interner) {
527                         TyKind::OpaqueType(opaque_ty_id, _) => *opaque_ty_id,
528                         _ => return ty,
529                     };
530                     let idx = match self.db.lookup_intern_impl_trait_id(opaque_ty_id.into()) {
531                         ImplTraitId::ReturnTypeImplTrait(_, idx) => idx,
532                         _ => unreachable!(),
533                     };
534                     let bounds = (*rpits).map_ref(|rpits| {
535                         rpits.impl_traits[idx as usize].bounds.map_ref(|it| it.into_iter())
536                     });
537                     let var = self.table.new_type_var();
538                     let var_subst = Substitution::from1(Interner, var.clone());
539                     for bound in bounds {
540                         let predicate =
541                             bound.map(|it| it.cloned()).substitute(Interner, &fn_placeholders);
542                         let (var_predicate, binders) = predicate
543                             .substitute(Interner, &var_subst)
544                             .into_value_and_skipped_binders();
545                         always!(binders.len(Interner) == 0); // quantified where clauses not yet handled
546                         self.push_obligation(var_predicate.cast(Interner));
547                     }
548                     var
549                 },
550                 DebruijnIndex::INNERMOST,
551             );
552         }
553     }
554
555     fn infer_body(&mut self) {
556         self.infer_expr_coerce(self.body.body_expr, &Expectation::has_type(self.return_ty.clone()));
557     }
558
559     fn write_expr_ty(&mut self, expr: ExprId, ty: Ty) {
560         self.result.type_of_expr.insert(expr, ty);
561     }
562
563     fn write_expr_adj(&mut self, expr: ExprId, adjustments: Vec<Adjustment>) {
564         self.result.expr_adjustments.insert(expr, adjustments);
565     }
566
567     fn write_method_resolution(&mut self, expr: ExprId, func: FunctionId, subst: Substitution) {
568         self.result.method_resolutions.insert(expr, (func, subst));
569     }
570
571     fn write_variant_resolution(&mut self, id: ExprOrPatId, variant: VariantId) {
572         self.result.variant_resolutions.insert(id, variant);
573     }
574
575     fn write_assoc_resolution(&mut self, id: ExprOrPatId, item: AssocItemId) {
576         self.result.assoc_resolutions.insert(id, item);
577     }
578
579     fn write_pat_ty(&mut self, pat: PatId, ty: Ty) {
580         self.result.type_of_pat.insert(pat, ty);
581     }
582
583     fn push_diagnostic(&mut self, diagnostic: InferenceDiagnostic) {
584         self.result.diagnostics.push(diagnostic);
585     }
586
587     fn make_ty_with_mode(
588         &mut self,
589         type_ref: &TypeRef,
590         impl_trait_mode: ImplTraitLoweringMode,
591     ) -> Ty {
592         // FIXME use right resolver for block
593         let ctx = crate::lower::TyLoweringContext::new(self.db, &self.resolver)
594             .with_impl_trait_mode(impl_trait_mode);
595         let ty = ctx.lower_ty(type_ref);
596         let ty = self.insert_type_vars(ty);
597         self.normalize_associated_types_in(ty)
598     }
599
600     fn make_ty(&mut self, type_ref: &TypeRef) -> Ty {
601         self.make_ty_with_mode(type_ref, ImplTraitLoweringMode::Disallowed)
602     }
603
604     fn err_ty(&self) -> Ty {
605         self.result.standard_types.unknown.clone()
606     }
607
608     /// Replaces ConstScalar::Unknown by a new type var, so we can maybe still infer it.
609     fn insert_const_vars_shallow(&mut self, c: Const) -> Const {
610         let data = c.data(Interner);
611         match data.value {
612             ConstValue::Concrete(cc) => match cc.interned {
613                 hir_def::type_ref::ConstScalar::Unknown => {
614                     self.table.new_const_var(data.ty.clone())
615                 }
616                 _ => c,
617             },
618             _ => c,
619         }
620     }
621
622     /// Replaces Ty::Unknown by a new type var, so we can maybe still infer it.
623     fn insert_type_vars_shallow(&mut self, ty: Ty) -> Ty {
624         match ty.kind(Interner) {
625             TyKind::Error => self.table.new_type_var(),
626             TyKind::InferenceVar(..) => {
627                 let ty_resolved = self.resolve_ty_shallow(&ty);
628                 if ty_resolved.is_unknown() {
629                     self.table.new_type_var()
630                 } else {
631                     ty
632                 }
633             }
634             _ => ty,
635         }
636     }
637
638     fn insert_type_vars(&mut self, ty: Ty) -> Ty {
639         fold_tys_and_consts(
640             ty,
641             |x, _| match x {
642                 Either::Left(ty) => Either::Left(self.insert_type_vars_shallow(ty)),
643                 Either::Right(c) => Either::Right(self.insert_const_vars_shallow(c)),
644             },
645             DebruijnIndex::INNERMOST,
646         )
647     }
648
649     fn resolve_obligations_as_possible(&mut self) {
650         self.table.resolve_obligations_as_possible();
651     }
652
653     fn push_obligation(&mut self, o: DomainGoal) {
654         self.table.register_obligation(o.cast(Interner));
655     }
656
657     fn unify(&mut self, ty1: &Ty, ty2: &Ty) -> bool {
658         self.table.unify(ty1, ty2)
659     }
660
661     /// Recurses through the given type, normalizing associated types mentioned
662     /// in it by replacing them by type variables and registering obligations to
663     /// resolve later. This should be done once for every type we get from some
664     /// type annotation (e.g. from a let type annotation, field type or function
665     /// call). `make_ty` handles this already, but e.g. for field types we need
666     /// to do it as well.
667     fn normalize_associated_types_in(&mut self, ty: Ty) -> Ty {
668         self.table.normalize_associated_types_in(ty)
669     }
670
671     fn resolve_ty_shallow(&mut self, ty: &Ty) -> Ty {
672         self.resolve_obligations_as_possible();
673         self.table.resolve_ty_shallow(ty)
674     }
675
676     fn resolve_associated_type(&mut self, inner_ty: Ty, assoc_ty: Option<TypeAliasId>) -> Ty {
677         self.resolve_associated_type_with_params(inner_ty, assoc_ty, &[])
678     }
679
680     fn resolve_associated_type_with_params(
681         &mut self,
682         inner_ty: Ty,
683         assoc_ty: Option<TypeAliasId>,
684         params: &[GenericArg],
685     ) -> Ty {
686         match assoc_ty {
687             Some(res_assoc_ty) => {
688                 let trait_ = match res_assoc_ty.lookup(self.db.upcast()).container {
689                     hir_def::ItemContainerId::TraitId(trait_) => trait_,
690                     _ => panic!("resolve_associated_type called with non-associated type"),
691                 };
692                 let ty = self.table.new_type_var();
693                 let mut param_iter = params.iter().cloned();
694                 let trait_ref = TyBuilder::trait_ref(self.db, trait_)
695                     .push(inner_ty)
696                     .fill(|_| param_iter.next().unwrap())
697                     .build();
698                 let alias_eq = AliasEq {
699                     alias: AliasTy::Projection(ProjectionTy {
700                         associated_ty_id: to_assoc_type_id(res_assoc_ty),
701                         substitution: trait_ref.substitution.clone(),
702                     }),
703                     ty: ty.clone(),
704                 };
705                 self.push_obligation(trait_ref.cast(Interner));
706                 self.push_obligation(alias_eq.cast(Interner));
707                 ty
708             }
709             None => self.err_ty(),
710         }
711     }
712
713     fn resolve_variant(&mut self, path: Option<&Path>, value_ns: bool) -> (Ty, Option<VariantId>) {
714         let path = match path {
715             Some(path) => path,
716             None => return (self.err_ty(), None),
717         };
718         let resolver = &self.resolver;
719         let ctx = crate::lower::TyLoweringContext::new(self.db, &self.resolver);
720         // FIXME: this should resolve assoc items as well, see this example:
721         // https://play.rust-lang.org/?gist=087992e9e22495446c01c0d4e2d69521
722         let (resolution, unresolved) = if value_ns {
723             match resolver.resolve_path_in_value_ns(self.db.upcast(), path.mod_path()) {
724                 Some(ResolveValueResult::ValueNs(value)) => match value {
725                     ValueNs::EnumVariantId(var) => {
726                         let substs = ctx.substs_from_path(path, var.into(), true);
727                         let ty = self.db.ty(var.parent.into());
728                         let ty = self.insert_type_vars(ty.substitute(Interner, &substs));
729                         return (ty, Some(var.into()));
730                     }
731                     ValueNs::StructId(strukt) => {
732                         let substs = ctx.substs_from_path(path, strukt.into(), true);
733                         let ty = self.db.ty(strukt.into());
734                         let ty = self.insert_type_vars(ty.substitute(Interner, &substs));
735                         return (ty, Some(strukt.into()));
736                     }
737                     ValueNs::ImplSelf(impl_id) => (TypeNs::SelfType(impl_id), None),
738                     _ => return (self.err_ty(), None),
739                 },
740                 Some(ResolveValueResult::Partial(typens, unresolved)) => (typens, Some(unresolved)),
741                 None => return (self.err_ty(), None),
742             }
743         } else {
744             match resolver.resolve_path_in_type_ns(self.db.upcast(), path.mod_path()) {
745                 Some(it) => it,
746                 None => return (self.err_ty(), None),
747             }
748         };
749         return match resolution {
750             TypeNs::AdtId(AdtId::StructId(strukt)) => {
751                 let substs = ctx.substs_from_path(path, strukt.into(), true);
752                 let ty = self.db.ty(strukt.into());
753                 let ty = self.insert_type_vars(ty.substitute(Interner, &substs));
754                 forbid_unresolved_segments((ty, Some(strukt.into())), unresolved)
755             }
756             TypeNs::AdtId(AdtId::UnionId(u)) => {
757                 let substs = ctx.substs_from_path(path, u.into(), true);
758                 let ty = self.db.ty(u.into());
759                 let ty = self.insert_type_vars(ty.substitute(Interner, &substs));
760                 forbid_unresolved_segments((ty, Some(u.into())), unresolved)
761             }
762             TypeNs::EnumVariantId(var) => {
763                 let substs = ctx.substs_from_path(path, var.into(), true);
764                 let ty = self.db.ty(var.parent.into());
765                 let ty = self.insert_type_vars(ty.substitute(Interner, &substs));
766                 forbid_unresolved_segments((ty, Some(var.into())), unresolved)
767             }
768             TypeNs::SelfType(impl_id) => {
769                 let generics = crate::utils::generics(self.db.upcast(), impl_id.into());
770                 let substs = generics.placeholder_subst(self.db);
771                 let ty = self.db.impl_self_ty(impl_id).substitute(Interner, &substs);
772                 self.resolve_variant_on_alias(ty, unresolved, path)
773             }
774             TypeNs::TypeAliasId(it) => {
775                 let ty = TyBuilder::def_ty(self.db, it.into())
776                     .fill_with_inference_vars(&mut self.table)
777                     .build();
778                 self.resolve_variant_on_alias(ty, unresolved, path)
779             }
780             TypeNs::AdtSelfType(_) => {
781                 // FIXME this could happen in array size expressions, once we're checking them
782                 (self.err_ty(), None)
783             }
784             TypeNs::GenericParam(_) => {
785                 // FIXME potentially resolve assoc type
786                 (self.err_ty(), None)
787             }
788             TypeNs::AdtId(AdtId::EnumId(_)) | TypeNs::BuiltinType(_) | TypeNs::TraitId(_) => {
789                 // FIXME diagnostic
790                 (self.err_ty(), None)
791             }
792         };
793
794         fn forbid_unresolved_segments(
795             result: (Ty, Option<VariantId>),
796             unresolved: Option<usize>,
797         ) -> (Ty, Option<VariantId>) {
798             if unresolved.is_none() {
799                 result
800             } else {
801                 // FIXME diagnostic
802                 (TyKind::Error.intern(Interner), None)
803             }
804         }
805     }
806
807     fn resolve_variant_on_alias(
808         &mut self,
809         ty: Ty,
810         unresolved: Option<usize>,
811         path: &Path,
812     ) -> (Ty, Option<VariantId>) {
813         let remaining = unresolved.map(|x| path.segments().skip(x).len()).filter(|x| x > &0);
814         match remaining {
815             None => {
816                 let variant = ty.as_adt().and_then(|(adt_id, _)| match adt_id {
817                     AdtId::StructId(s) => Some(VariantId::StructId(s)),
818                     AdtId::UnionId(u) => Some(VariantId::UnionId(u)),
819                     AdtId::EnumId(_) => {
820                         // FIXME Error E0071, expected struct, variant or union type, found enum `Foo`
821                         None
822                     }
823                 });
824                 (ty, variant)
825             }
826             Some(1) => {
827                 let segment = path.mod_path().segments().last().unwrap();
828                 // this could be an enum variant or associated type
829                 if let Some((AdtId::EnumId(enum_id), _)) = ty.as_adt() {
830                     let enum_data = self.db.enum_data(enum_id);
831                     if let Some(local_id) = enum_data.variant(segment) {
832                         let variant = EnumVariantId { parent: enum_id, local_id };
833                         return (ty, Some(variant.into()));
834                     }
835                 }
836                 // FIXME potentially resolve assoc type
837                 (self.err_ty(), None)
838             }
839             Some(_) => {
840                 // FIXME diagnostic
841                 (self.err_ty(), None)
842             }
843         }
844     }
845
846     fn resolve_lang_item(&self, name: Name) -> Option<LangItemTarget> {
847         let krate = self.resolver.krate();
848         self.db.lang_item(krate, name.to_smol_str())
849     }
850
851     fn resolve_into_iter_item(&self) -> Option<TypeAliasId> {
852         let path = path![core::iter::IntoIterator];
853         let trait_ = self.resolver.resolve_known_trait(self.db.upcast(), &path)?;
854         self.db.trait_data(trait_).associated_type_by_name(&name![Item])
855     }
856
857     fn resolve_ops_try_ok(&self) -> Option<TypeAliasId> {
858         // FIXME resolve via lang_item once try v2 is stable
859         let path = path![core::ops::Try];
860         let trait_ = self.resolver.resolve_known_trait(self.db.upcast(), &path)?;
861         let trait_data = self.db.trait_data(trait_);
862         trait_data
863             // FIXME remove once try v2 is stable
864             .associated_type_by_name(&name![Ok])
865             .or_else(|| trait_data.associated_type_by_name(&name![Output]))
866     }
867
868     fn resolve_ops_neg_output(&self) -> Option<TypeAliasId> {
869         let trait_ = self.resolve_lang_item(name![neg])?.as_trait()?;
870         self.db.trait_data(trait_).associated_type_by_name(&name![Output])
871     }
872
873     fn resolve_ops_not_output(&self) -> Option<TypeAliasId> {
874         let trait_ = self.resolve_lang_item(name![not])?.as_trait()?;
875         self.db.trait_data(trait_).associated_type_by_name(&name![Output])
876     }
877
878     fn resolve_future_future_output(&self) -> Option<TypeAliasId> {
879         let trait_ = self
880             .resolver
881             .resolve_known_trait(self.db.upcast(), &path![core::future::IntoFuture])
882             .or_else(|| self.resolve_lang_item(name![future_trait])?.as_trait())?;
883         self.db.trait_data(trait_).associated_type_by_name(&name![Output])
884     }
885
886     fn resolve_boxed_box(&self) -> Option<AdtId> {
887         let struct_ = self.resolve_lang_item(name![owned_box])?.as_struct()?;
888         Some(struct_.into())
889     }
890
891     fn resolve_range_full(&self) -> Option<AdtId> {
892         let path = path![core::ops::RangeFull];
893         let struct_ = self.resolver.resolve_known_struct(self.db.upcast(), &path)?;
894         Some(struct_.into())
895     }
896
897     fn resolve_range(&self) -> Option<AdtId> {
898         let path = path![core::ops::Range];
899         let struct_ = self.resolver.resolve_known_struct(self.db.upcast(), &path)?;
900         Some(struct_.into())
901     }
902
903     fn resolve_range_inclusive(&self) -> Option<AdtId> {
904         let path = path![core::ops::RangeInclusive];
905         let struct_ = self.resolver.resolve_known_struct(self.db.upcast(), &path)?;
906         Some(struct_.into())
907     }
908
909     fn resolve_range_from(&self) -> Option<AdtId> {
910         let path = path![core::ops::RangeFrom];
911         let struct_ = self.resolver.resolve_known_struct(self.db.upcast(), &path)?;
912         Some(struct_.into())
913     }
914
915     fn resolve_range_to(&self) -> Option<AdtId> {
916         let path = path![core::ops::RangeTo];
917         let struct_ = self.resolver.resolve_known_struct(self.db.upcast(), &path)?;
918         Some(struct_.into())
919     }
920
921     fn resolve_range_to_inclusive(&self) -> Option<AdtId> {
922         let path = path![core::ops::RangeToInclusive];
923         let struct_ = self.resolver.resolve_known_struct(self.db.upcast(), &path)?;
924         Some(struct_.into())
925     }
926
927     fn resolve_ops_index(&self) -> Option<TraitId> {
928         self.resolve_lang_item(name![index])?.as_trait()
929     }
930
931     fn resolve_ops_index_output(&self) -> Option<TypeAliasId> {
932         let trait_ = self.resolve_ops_index()?;
933         self.db.trait_data(trait_).associated_type_by_name(&name![Output])
934     }
935 }
936
937 /// When inferring an expression, we propagate downward whatever type hint we
938 /// are able in the form of an `Expectation`.
939 #[derive(Clone, PartialEq, Eq, Debug)]
940 pub(crate) enum Expectation {
941     None,
942     HasType(Ty),
943     // Castable(Ty), // rustc has this, we currently just don't propagate an expectation for casts
944     RValueLikeUnsized(Ty),
945 }
946
947 impl Expectation {
948     /// The expectation that the type of the expression needs to equal the given
949     /// type.
950     fn has_type(ty: Ty) -> Self {
951         if ty.is_unknown() {
952             // FIXME: get rid of this?
953             Expectation::None
954         } else {
955             Expectation::HasType(ty)
956         }
957     }
958
959     fn from_option(ty: Option<Ty>) -> Self {
960         ty.map_or(Expectation::None, Expectation::HasType)
961     }
962
963     /// The following explanation is copied straight from rustc:
964     /// Provides an expectation for an rvalue expression given an *optional*
965     /// hint, which is not required for type safety (the resulting type might
966     /// be checked higher up, as is the case with `&expr` and `box expr`), but
967     /// is useful in determining the concrete type.
968     ///
969     /// The primary use case is where the expected type is a fat pointer,
970     /// like `&[isize]`. For example, consider the following statement:
971     ///
972     ///    let x: &[isize] = &[1, 2, 3];
973     ///
974     /// In this case, the expected type for the `&[1, 2, 3]` expression is
975     /// `&[isize]`. If however we were to say that `[1, 2, 3]` has the
976     /// expectation `ExpectHasType([isize])`, that would be too strong --
977     /// `[1, 2, 3]` does not have the type `[isize]` but rather `[isize; 3]`.
978     /// It is only the `&[1, 2, 3]` expression as a whole that can be coerced
979     /// to the type `&[isize]`. Therefore, we propagate this more limited hint,
980     /// which still is useful, because it informs integer literals and the like.
981     /// See the test case `test/ui/coerce-expect-unsized.rs` and #20169
982     /// for examples of where this comes up,.
983     fn rvalue_hint(table: &mut unify::InferenceTable<'_>, ty: Ty) -> Self {
984         // FIXME: do struct_tail_without_normalization
985         match table.resolve_ty_shallow(&ty).kind(Interner) {
986             TyKind::Slice(_) | TyKind::Str | TyKind::Dyn(_) => Expectation::RValueLikeUnsized(ty),
987             _ => Expectation::has_type(ty),
988         }
989     }
990
991     /// This expresses no expectation on the type.
992     fn none() -> Self {
993         Expectation::None
994     }
995
996     fn resolve(&self, table: &mut unify::InferenceTable<'_>) -> Expectation {
997         match self {
998             Expectation::None => Expectation::None,
999             Expectation::HasType(t) => Expectation::HasType(table.resolve_ty_shallow(t)),
1000             Expectation::RValueLikeUnsized(t) => {
1001                 Expectation::RValueLikeUnsized(table.resolve_ty_shallow(t))
1002             }
1003         }
1004     }
1005
1006     fn to_option(&self, table: &mut unify::InferenceTable<'_>) -> Option<Ty> {
1007         match self.resolve(table) {
1008             Expectation::None => None,
1009             Expectation::HasType(t) |
1010             // Expectation::Castable(t) |
1011             Expectation::RValueLikeUnsized(t) => Some(t),
1012         }
1013     }
1014
1015     fn only_has_type(&self, table: &mut unify::InferenceTable<'_>) -> Option<Ty> {
1016         match self {
1017             Expectation::HasType(t) => Some(table.resolve_ty_shallow(t)),
1018             // Expectation::Castable(_) |
1019             Expectation::RValueLikeUnsized(_) | Expectation::None => None,
1020         }
1021     }
1022
1023     /// Comment copied from rustc:
1024     /// Disregard "castable to" expectations because they
1025     /// can lead us astray. Consider for example `if cond
1026     /// {22} else {c} as u8` -- if we propagate the
1027     /// "castable to u8" constraint to 22, it will pick the
1028     /// type 22u8, which is overly constrained (c might not
1029     /// be a u8). In effect, the problem is that the
1030     /// "castable to" expectation is not the tightest thing
1031     /// we can say, so we want to drop it in this case.
1032     /// The tightest thing we can say is "must unify with
1033     /// else branch". Note that in the case of a "has type"
1034     /// constraint, this limitation does not hold.
1035     ///
1036     /// If the expected type is just a type variable, then don't use
1037     /// an expected type. Otherwise, we might write parts of the type
1038     /// when checking the 'then' block which are incompatible with the
1039     /// 'else' branch.
1040     fn adjust_for_branches(&self, table: &mut unify::InferenceTable<'_>) -> Expectation {
1041         match self {
1042             Expectation::HasType(ety) => {
1043                 let ety = table.resolve_ty_shallow(ety);
1044                 if !ety.is_ty_var() {
1045                     Expectation::HasType(ety)
1046                 } else {
1047                     Expectation::None
1048                 }
1049             }
1050             Expectation::RValueLikeUnsized(ety) => Expectation::RValueLikeUnsized(ety.clone()),
1051             _ => Expectation::None,
1052         }
1053     }
1054 }
1055
1056 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord)]
1057 enum Diverges {
1058     Maybe,
1059     Always,
1060 }
1061
1062 impl Diverges {
1063     fn is_always(self) -> bool {
1064         self == Diverges::Always
1065     }
1066 }
1067
1068 impl std::ops::BitAnd for Diverges {
1069     type Output = Self;
1070     fn bitand(self, other: Self) -> Self {
1071         std::cmp::min(self, other)
1072     }
1073 }
1074
1075 impl std::ops::BitOr for Diverges {
1076     type Output = Self;
1077     fn bitor(self, other: Self) -> Self {
1078         std::cmp::max(self, other)
1079     }
1080 }
1081
1082 impl std::ops::BitAndAssign for Diverges {
1083     fn bitand_assign(&mut self, other: Self) {
1084         *self = *self & other;
1085     }
1086 }
1087
1088 impl std::ops::BitOrAssign for Diverges {
1089     fn bitor_assign(&mut self, other: Self) {
1090         *self = *self | other;
1091     }
1092 }