]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc/infer/opaque_types/mod.rs
generate ClosureSubsts from SubstsRef
[rust.git] / src / librustc / infer / opaque_types / mod.rs
1 use crate::hir;
2 use crate::hir::def_id::DefId;
3 use crate::hir::Node;
4 use crate::infer::outlives::free_region_map::FreeRegionRelations;
5 use crate::infer::{self, InferCtxt, InferOk, TypeVariableOrigin, TypeVariableOriginKind};
6 use crate::middle::region;
7 use crate::mir::interpret::ConstValue;
8 use crate::traits::{self, PredicateObligation};
9 use crate::ty::fold::{BottomUpFolder, TypeFoldable, TypeFolder, TypeVisitor};
10 use crate::ty::subst::{InternalSubsts, GenericArg, SubstsRef, GenericArgKind};
11 use crate::ty::{self, GenericParamDefKind, Ty, TyCtxt};
12 use crate::util::nodemap::DefIdMap;
13 use errors::DiagnosticBuilder;
14 use rustc::session::config::nightly_options;
15 use rustc_data_structures::fx::FxHashMap;
16 use rustc_data_structures::sync::Lrc;
17 use syntax_pos::Span;
18
19 pub type OpaqueTypeMap<'tcx> = DefIdMap<OpaqueTypeDecl<'tcx>>;
20
21 /// Information about the opaque types whose values we
22 /// are inferring in this function (these are the `impl Trait` that
23 /// appear in the return type).
24 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
25 pub struct OpaqueTypeDecl<'tcx> {
26     /// The substitutions that we apply to the opaque type that this
27     /// `impl Trait` desugars to. e.g., if:
28     ///
29     ///     fn foo<'a, 'b, T>() -> impl Trait<'a>
30     ///
31     /// winds up desugared to:
32     ///
33     ///     type Foo<'x, X> = impl Trait<'x>
34     ///     fn foo<'a, 'b, T>() -> Foo<'a, T>
35     ///
36     /// then `substs` would be `['a, T]`.
37     pub substs: SubstsRef<'tcx>,
38
39     /// The span of this particular definition of the opaque type.  So
40     /// for example:
41     ///
42     /// ```
43     /// type Foo = impl Baz;
44     /// fn bar() -> Foo {
45     ///             ^^^ This is the span we are looking for!
46     /// ```
47     ///
48     /// In cases where the fn returns `(impl Trait, impl Trait)` or
49     /// other such combinations, the result is currently
50     /// over-approximated, but better than nothing.
51     pub definition_span: Span,
52
53     /// The type variable that represents the value of the opaque type
54     /// that we require. In other words, after we compile this function,
55     /// we will be created a constraint like:
56     ///
57     ///     Foo<'a, T> = ?C
58     ///
59     /// where `?C` is the value of this type variable. =) It may
60     /// naturally refer to the type and lifetime parameters in scope
61     /// in this function, though ultimately it should only reference
62     /// those that are arguments to `Foo` in the constraint above. (In
63     /// other words, `?C` should not include `'b`, even though it's a
64     /// lifetime parameter on `foo`.)
65     pub concrete_ty: Ty<'tcx>,
66
67     /// Returns `true` if the `impl Trait` bounds include region bounds.
68     /// For example, this would be true for:
69     ///
70     ///     fn foo<'a, 'b, 'c>() -> impl Trait<'c> + 'a + 'b
71     ///
72     /// but false for:
73     ///
74     ///     fn foo<'c>() -> impl Trait<'c>
75     ///
76     /// unless `Trait` was declared like:
77     ///
78     ///     trait Trait<'c>: 'c
79     ///
80     /// in which case it would be true.
81     ///
82     /// This is used during regionck to decide whether we need to
83     /// impose any additional constraints to ensure that region
84     /// variables in `concrete_ty` wind up being constrained to
85     /// something from `substs` (or, at minimum, things that outlive
86     /// the fn body). (Ultimately, writeback is responsible for this
87     /// check.)
88     pub has_required_region_bounds: bool,
89
90     /// The origin of the opaque type.
91     pub origin: hir::OpaqueTyOrigin,
92 }
93
94 impl<'a, 'tcx> InferCtxt<'a, 'tcx> {
95     /// Replaces all opaque types in `value` with fresh inference variables
96     /// and creates appropriate obligations. For example, given the input:
97     ///
98     ///     impl Iterator<Item = impl Debug>
99     ///
100     /// this method would create two type variables, `?0` and `?1`. It would
101     /// return the type `?0` but also the obligations:
102     ///
103     ///     ?0: Iterator<Item = ?1>
104     ///     ?1: Debug
105     ///
106     /// Moreover, it returns a `OpaqueTypeMap` that would map `?0` to
107     /// info about the `impl Iterator<..>` type and `?1` to info about
108     /// the `impl Debug` type.
109     ///
110     /// # Parameters
111     ///
112     /// - `parent_def_id` -- the `DefId` of the function in which the opaque type
113     ///   is defined
114     /// - `body_id` -- the body-id with which the resulting obligations should
115     ///   be associated
116     /// - `param_env` -- the in-scope parameter environment to be used for
117     ///   obligations
118     /// - `value` -- the value within which we are instantiating opaque types
119     /// - `value_span` -- the span where the value came from, used in error reporting
120     pub fn instantiate_opaque_types<T: TypeFoldable<'tcx>>(
121         &self,
122         parent_def_id: DefId,
123         body_id: hir::HirId,
124         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
125         value: &T,
126         value_span: Span,
127     ) -> InferOk<'tcx, (T, OpaqueTypeMap<'tcx>)> {
128         debug!(
129             "instantiate_opaque_types(value={:?}, parent_def_id={:?}, body_id={:?}, \
130              param_env={:?}, value_span={:?})",
131             value, parent_def_id, body_id, param_env, value_span,
132         );
133         let mut instantiator = Instantiator {
134             infcx: self,
135             parent_def_id,
136             body_id,
137             param_env,
138             value_span,
139             opaque_types: Default::default(),
140             obligations: vec![],
141         };
142         let value = instantiator.instantiate_opaque_types_in_map(value);
143         InferOk { value: (value, instantiator.opaque_types), obligations: instantiator.obligations }
144     }
145
146     /// Given the map `opaque_types` containing the opaque
147     /// `impl Trait` types whose underlying, hidden types are being
148     /// inferred, this method adds constraints to the regions
149     /// appearing in those underlying hidden types to ensure that they
150     /// at least do not refer to random scopes within the current
151     /// function. These constraints are not (quite) sufficient to
152     /// guarantee that the regions are actually legal values; that
153     /// final condition is imposed after region inference is done.
154     ///
155     /// # The Problem
156     ///
157     /// Let's work through an example to explain how it works. Assume
158     /// the current function is as follows:
159     ///
160     /// ```text
161     /// fn foo<'a, 'b>(..) -> (impl Bar<'a>, impl Bar<'b>)
162     /// ```
163     ///
164     /// Here, we have two `impl Trait` types whose values are being
165     /// inferred (the `impl Bar<'a>` and the `impl
166     /// Bar<'b>`). Conceptually, this is sugar for a setup where we
167     /// define underlying opaque types (`Foo1`, `Foo2`) and then, in
168     /// the return type of `foo`, we *reference* those definitions:
169     ///
170     /// ```text
171     /// type Foo1<'x> = impl Bar<'x>;
172     /// type Foo2<'x> = impl Bar<'x>;
173     /// fn foo<'a, 'b>(..) -> (Foo1<'a>, Foo2<'b>) { .. }
174     ///                    //  ^^^^ ^^
175     ///                    //  |    |
176     ///                    //  |    substs
177     ///                    //  def_id
178     /// ```
179     ///
180     /// As indicating in the comments above, each of those references
181     /// is (in the compiler) basically a substitution (`substs`)
182     /// applied to the type of a suitable `def_id` (which identifies
183     /// `Foo1` or `Foo2`).
184     ///
185     /// Now, at this point in compilation, what we have done is to
186     /// replace each of the references (`Foo1<'a>`, `Foo2<'b>`) with
187     /// fresh inference variables C1 and C2. We wish to use the values
188     /// of these variables to infer the underlying types of `Foo1` and
189     /// `Foo2`. That is, this gives rise to higher-order (pattern) unification
190     /// constraints like:
191     ///
192     /// ```text
193     /// for<'a> (Foo1<'a> = C1)
194     /// for<'b> (Foo1<'b> = C2)
195     /// ```
196     ///
197     /// For these equation to be satisfiable, the types `C1` and `C2`
198     /// can only refer to a limited set of regions. For example, `C1`
199     /// can only refer to `'static` and `'a`, and `C2` can only refer
200     /// to `'static` and `'b`. The job of this function is to impose that
201     /// constraint.
202     ///
203     /// Up to this point, C1 and C2 are basically just random type
204     /// inference variables, and hence they may contain arbitrary
205     /// regions. In fact, it is fairly likely that they do! Consider
206     /// this possible definition of `foo`:
207     ///
208     /// ```text
209     /// fn foo<'a, 'b>(x: &'a i32, y: &'b i32) -> (impl Bar<'a>, impl Bar<'b>) {
210     ///         (&*x, &*y)
211     ///     }
212     /// ```
213     ///
214     /// Here, the values for the concrete types of the two impl
215     /// traits will include inference variables:
216     ///
217     /// ```text
218     /// &'0 i32
219     /// &'1 i32
220     /// ```
221     ///
222     /// Ordinarily, the subtyping rules would ensure that these are
223     /// sufficiently large. But since `impl Bar<'a>` isn't a specific
224     /// type per se, we don't get such constraints by default. This
225     /// is where this function comes into play. It adds extra
226     /// constraints to ensure that all the regions which appear in the
227     /// inferred type are regions that could validly appear.
228     ///
229     /// This is actually a bit of a tricky constraint in general. We
230     /// want to say that each variable (e.g., `'0`) can only take on
231     /// values that were supplied as arguments to the opaque type
232     /// (e.g., `'a` for `Foo1<'a>`) or `'static`, which is always in
233     /// scope. We don't have a constraint quite of this kind in the current
234     /// region checker.
235     ///
236     /// # The Solution
237     ///
238     /// We generally prefer to make `<=` constraints, since they
239     /// integrate best into the region solver. To do that, we find the
240     /// "minimum" of all the arguments that appear in the substs: that
241     /// is, some region which is less than all the others. In the case
242     /// of `Foo1<'a>`, that would be `'a` (it's the only choice, after
243     /// all). Then we apply that as a least bound to the variables
244     /// (e.g., `'a <= '0`).
245     ///
246     /// In some cases, there is no minimum. Consider this example:
247     ///
248     /// ```text
249     /// fn baz<'a, 'b>() -> impl Trait<'a, 'b> { ... }
250     /// ```
251     ///
252     /// Here we would report a more complex "in constraint", like `'r
253     /// in ['a, 'b, 'static]` (where `'r` is some regon appearing in
254     /// the hidden type).
255     ///
256     /// # Constrain regions, not the hidden concrete type
257     ///
258     /// Note that generating constraints on each region `Rc` is *not*
259     /// the same as generating an outlives constraint on `Tc` iself.
260     /// For example, if we had a function like this:
261     ///
262     /// ```rust
263     /// fn foo<'a, T>(x: &'a u32, y: T) -> impl Foo<'a> {
264     ///   (x, y)
265     /// }
266     ///
267     /// // Equivalent to:
268     /// type FooReturn<'a, T> = impl Foo<'a>;
269     /// fn foo<'a, T>(..) -> FooReturn<'a, T> { .. }
270     /// ```
271     ///
272     /// then the hidden type `Tc` would be `(&'0 u32, T)` (where `'0`
273     /// is an inference variable). If we generated a constraint that
274     /// `Tc: 'a`, then this would incorrectly require that `T: 'a` --
275     /// but this is not necessary, because the opaque type we
276     /// create will be allowed to reference `T`. So we only generate a
277     /// constraint that `'0: 'a`.
278     ///
279     /// # The `free_region_relations` parameter
280     ///
281     /// The `free_region_relations` argument is used to find the
282     /// "minimum" of the regions supplied to a given opaque type.
283     /// It must be a relation that can answer whether `'a <= 'b`,
284     /// where `'a` and `'b` are regions that appear in the "substs"
285     /// for the opaque type references (the `<'a>` in `Foo1<'a>`).
286     ///
287     /// Note that we do not impose the constraints based on the
288     /// generic regions from the `Foo1` definition (e.g., `'x`). This
289     /// is because the constraints we are imposing here is basically
290     /// the concern of the one generating the constraining type C1,
291     /// which is the current function. It also means that we can
292     /// take "implied bounds" into account in some cases:
293     ///
294     /// ```text
295     /// trait SomeTrait<'a, 'b> { }
296     /// fn foo<'a, 'b>(_: &'a &'b u32) -> impl SomeTrait<'a, 'b> { .. }
297     /// ```
298     ///
299     /// Here, the fact that `'b: 'a` is known only because of the
300     /// implied bounds from the `&'a &'b u32` parameter, and is not
301     /// "inherent" to the opaque type definition.
302     ///
303     /// # Parameters
304     ///
305     /// - `opaque_types` -- the map produced by `instantiate_opaque_types`
306     /// - `free_region_relations` -- something that can be used to relate
307     ///   the free regions (`'a`) that appear in the impl trait.
308     pub fn constrain_opaque_types<FRR: FreeRegionRelations<'tcx>>(
309         &self,
310         opaque_types: &OpaqueTypeMap<'tcx>,
311         free_region_relations: &FRR,
312     ) {
313         debug!("constrain_opaque_types()");
314
315         for (&def_id, opaque_defn) in opaque_types {
316             self.constrain_opaque_type(def_id, opaque_defn, free_region_relations);
317         }
318     }
319
320     /// See `constrain_opaque_types` for documentation.
321     pub fn constrain_opaque_type<FRR: FreeRegionRelations<'tcx>>(
322         &self,
323         def_id: DefId,
324         opaque_defn: &OpaqueTypeDecl<'tcx>,
325         free_region_relations: &FRR,
326     ) {
327         debug!("constrain_opaque_type()");
328         debug!("constrain_opaque_type: def_id={:?}", def_id);
329         debug!("constrain_opaque_type: opaque_defn={:#?}", opaque_defn);
330
331         let tcx = self.tcx;
332
333         let concrete_ty = self.resolve_vars_if_possible(&opaque_defn.concrete_ty);
334
335         debug!("constrain_opaque_type: concrete_ty={:?}", concrete_ty);
336
337         let opaque_type_generics = tcx.generics_of(def_id);
338
339         let span = tcx.def_span(def_id);
340
341         // If there are required region bounds, we can use them.
342         if opaque_defn.has_required_region_bounds {
343             let predicates_of = tcx.predicates_of(def_id);
344             debug!("constrain_opaque_type: predicates: {:#?}", predicates_of,);
345             let bounds = predicates_of.instantiate(tcx, opaque_defn.substs);
346             debug!("constrain_opaque_type: bounds={:#?}", bounds);
347             let opaque_type = tcx.mk_opaque(def_id, opaque_defn.substs);
348
349             let required_region_bounds = tcx.required_region_bounds(opaque_type, bounds.predicates);
350             debug_assert!(!required_region_bounds.is_empty());
351
352             for required_region in required_region_bounds {
353                 concrete_ty.visit_with(&mut ConstrainOpaqueTypeRegionVisitor {
354                     tcx: self.tcx,
355                     op: |r| self.sub_regions(infer::CallReturn(span), required_region, r),
356                 });
357             }
358             return;
359         }
360
361         // There were no `required_region_bounds`,
362         // so we have to search for a `least_region`.
363         // Go through all the regions used as arguments to the
364         // opaque type. These are the parameters to the opaque
365         // type; so in our example above, `substs` would contain
366         // `['a]` for the first impl trait and `'b` for the
367         // second.
368         let mut least_region = None;
369         for param in &opaque_type_generics.params {
370             match param.kind {
371                 GenericParamDefKind::Lifetime => {}
372                 _ => continue,
373             }
374
375             // Get the value supplied for this region from the substs.
376             let subst_arg = opaque_defn.substs.region_at(param.index as usize);
377
378             // Compute the least upper bound of it with the other regions.
379             debug!("constrain_opaque_types: least_region={:?}", least_region);
380             debug!("constrain_opaque_types: subst_arg={:?}", subst_arg);
381             match least_region {
382                 None => least_region = Some(subst_arg),
383                 Some(lr) => {
384                     if free_region_relations.sub_free_regions(lr, subst_arg) {
385                         // keep the current least region
386                     } else if free_region_relations.sub_free_regions(subst_arg, lr) {
387                         // switch to `subst_arg`
388                         least_region = Some(subst_arg);
389                     } else {
390                         // There are two regions (`lr` and
391                         // `subst_arg`) which are not relatable. We
392                         // can't find a best choice. Therefore,
393                         // instead of creating a single bound like
394                         // `'r: 'a` (which is our preferred choice),
395                         // we will create a "in bound" like `'r in
396                         // ['a, 'b, 'c]`, where `'a..'c` are the
397                         // regions that appear in the impl trait.
398                         return self.generate_member_constraint(
399                             concrete_ty,
400                             opaque_type_generics,
401                             opaque_defn,
402                             def_id,
403                             lr,
404                             subst_arg,
405                         );
406                     }
407                 }
408             }
409         }
410
411         let least_region = least_region.unwrap_or(tcx.lifetimes.re_static);
412         debug!("constrain_opaque_types: least_region={:?}", least_region);
413
414         concrete_ty.visit_with(&mut ConstrainOpaqueTypeRegionVisitor {
415             tcx: self.tcx,
416             op: |r| self.sub_regions(infer::CallReturn(span), least_region, r),
417         });
418     }
419
420     /// As a fallback, we sometimes generate an "in constraint". For
421     /// a case like `impl Foo<'a, 'b>`, where `'a` and `'b` cannot be
422     /// related, we would generate a constraint `'r in ['a, 'b,
423     /// 'static]` for each region `'r` that appears in the hidden type
424     /// (i.e., it must be equal to `'a`, `'b`, or `'static`).
425     ///
426     /// `conflict1` and `conflict2` are the two region bounds that we
427     /// detected which were unrelated. They are used for diagnostics.
428     fn generate_member_constraint(
429         &self,
430         concrete_ty: Ty<'tcx>,
431         opaque_type_generics: &ty::Generics,
432         opaque_defn: &OpaqueTypeDecl<'tcx>,
433         opaque_type_def_id: DefId,
434         conflict1: ty::Region<'tcx>,
435         conflict2: ty::Region<'tcx>,
436     ) {
437         // For now, enforce a feature gate outside of async functions.
438         if self.member_constraint_feature_gate(
439             opaque_defn,
440             opaque_type_def_id,
441             conflict1,
442             conflict2,
443         ) {
444             return;
445         }
446
447         // Create the set of choice regions: each region in the hidden
448         // type can be equal to any of the region parameters of the
449         // opaque type definition.
450         let choice_regions: Lrc<Vec<ty::Region<'tcx>>> = Lrc::new(
451             opaque_type_generics
452                 .params
453                 .iter()
454                 .filter(|param| match param.kind {
455                     GenericParamDefKind::Lifetime => true,
456                     GenericParamDefKind::Type { .. } | GenericParamDefKind::Const => false,
457                 })
458                 .map(|param| opaque_defn.substs.region_at(param.index as usize))
459                 .chain(std::iter::once(self.tcx.lifetimes.re_static))
460                 .collect(),
461         );
462
463         concrete_ty.visit_with(&mut ConstrainOpaqueTypeRegionVisitor {
464             tcx: self.tcx,
465             op: |r| self.member_constraint(
466                 opaque_type_def_id,
467                 opaque_defn.definition_span,
468                 concrete_ty,
469                 r,
470                 &choice_regions,
471             ),
472         });
473     }
474
475     /// Member constraints are presently feature-gated except for
476     /// async-await. We expect to lift this once we've had a bit more
477     /// time.
478     fn member_constraint_feature_gate(
479         &self,
480         opaque_defn: &OpaqueTypeDecl<'tcx>,
481         opaque_type_def_id: DefId,
482         conflict1: ty::Region<'tcx>,
483         conflict2: ty::Region<'tcx>,
484     ) -> bool {
485         // If we have `#![feature(member_constraints)]`, no problems.
486         if self.tcx.features().member_constraints {
487             return false;
488         }
489
490         let span = self.tcx.def_span(opaque_type_def_id);
491
492         // Without a feature-gate, we only generate member-constraints for async-await.
493         let context_name = match opaque_defn.origin {
494             // No feature-gate required for `async fn`.
495             hir::OpaqueTyOrigin::AsyncFn => return false,
496
497             // Otherwise, generate the label we'll use in the error message.
498             hir::OpaqueTyOrigin::TypeAlias => "impl Trait",
499             hir::OpaqueTyOrigin::FnReturn => "impl Trait",
500         };
501         let msg = format!("ambiguous lifetime bound in `{}`", context_name);
502         let mut err = self.tcx.sess.struct_span_err(span, &msg);
503
504         let conflict1_name = conflict1.to_string();
505         let conflict2_name = conflict2.to_string();
506         let label_owned;
507         let label = match (&*conflict1_name, &*conflict2_name) {
508             ("'_", "'_") => "the elided lifetimes here do not outlive one another",
509             _ => {
510                 label_owned = format!(
511                     "neither `{}` nor `{}` outlives the other",
512                     conflict1_name, conflict2_name,
513                 );
514                 &label_owned
515             }
516         };
517         err.span_label(span, label);
518
519         if nightly_options::is_nightly_build() {
520             help!(err,
521                   "add #![feature(member_constraints)] to the crate attributes \
522                    to enable");
523         }
524
525         err.emit();
526         true
527     }
528
529     /// Given the fully resolved, instantiated type for an opaque
530     /// type, i.e., the value of an inference variable like C1 or C2
531     /// (*), computes the "definition type" for an opaque type
532     /// definition -- that is, the inferred value of `Foo1<'x>` or
533     /// `Foo2<'x>` that we would conceptually use in its definition:
534     ///
535     ///     type Foo1<'x> = impl Bar<'x> = AAA; <-- this type AAA
536     ///     type Foo2<'x> = impl Bar<'x> = BBB; <-- or this type BBB
537     ///     fn foo<'a, 'b>(..) -> (Foo1<'a>, Foo2<'b>) { .. }
538     ///
539     /// Note that these values are defined in terms of a distinct set of
540     /// generic parameters (`'x` instead of `'a`) from C1 or C2. The main
541     /// purpose of this function is to do that translation.
542     ///
543     /// (*) C1 and C2 were introduced in the comments on
544     /// `constrain_opaque_types`. Read that comment for more context.
545     ///
546     /// # Parameters
547     ///
548     /// - `def_id`, the `impl Trait` type
549     /// - `opaque_defn`, the opaque definition created in `instantiate_opaque_types`
550     /// - `instantiated_ty`, the inferred type C1 -- fully resolved, lifted version of
551     ///   `opaque_defn.concrete_ty`
552     pub fn infer_opaque_definition_from_instantiation(
553         &self,
554         def_id: DefId,
555         opaque_defn: &OpaqueTypeDecl<'tcx>,
556         instantiated_ty: Ty<'tcx>,
557         span: Span,
558     ) -> Ty<'tcx> {
559         debug!(
560             "infer_opaque_definition_from_instantiation(def_id={:?}, instantiated_ty={:?})",
561             def_id, instantiated_ty
562         );
563
564         // Use substs to build up a reverse map from regions to their
565         // identity mappings. This is necessary because of `impl
566         // Trait` lifetimes are computed by replacing existing
567         // lifetimes with 'static and remapping only those used in the
568         // `impl Trait` return type, resulting in the parameters
569         // shifting.
570         let id_substs = InternalSubsts::identity_for_item(self.tcx, def_id);
571         let map: FxHashMap<GenericArg<'tcx>, GenericArg<'tcx>> = opaque_defn
572             .substs
573             .iter()
574             .enumerate()
575             .map(|(index, subst)| (*subst, id_substs[index]))
576             .collect();
577
578         // Convert the type from the function into a type valid outside
579         // the function, by replacing invalid regions with 'static,
580         // after producing an error for each of them.
581         let definition_ty = instantiated_ty.fold_with(&mut ReverseMapper::new(
582             self.tcx,
583             self.is_tainted_by_errors(),
584             def_id,
585             map,
586             instantiated_ty,
587             span,
588         ));
589         debug!("infer_opaque_definition_from_instantiation: definition_ty={:?}", definition_ty);
590
591         definition_ty
592     }
593 }
594
595 pub fn unexpected_hidden_region_diagnostic(
596     tcx: TyCtxt<'tcx>,
597     region_scope_tree: Option<&region::ScopeTree>,
598     opaque_type_def_id: DefId,
599     hidden_ty: Ty<'tcx>,
600     hidden_region: ty::Region<'tcx>,
601 ) -> DiagnosticBuilder<'tcx> {
602     let span = tcx.def_span(opaque_type_def_id);
603     let mut err = struct_span_err!(
604         tcx.sess,
605         span,
606         E0700,
607         "hidden type for `impl Trait` captures lifetime that does not appear in bounds",
608     );
609
610     // Explain the region we are capturing.
611     if let ty::ReEarlyBound(_) | ty::ReFree(_) | ty::ReStatic | ty::ReEmpty = hidden_region {
612         // Assuming regionck succeeded (*), we ought to always be
613         // capturing *some* region from the fn header, and hence it
614         // ought to be free. So under normal circumstances, we will go
615         // down this path which gives a decent human readable
616         // explanation.
617         //
618         // (*) if not, the `tainted_by_errors` flag would be set to
619         // true in any case, so we wouldn't be here at all.
620         tcx.note_and_explain_free_region(
621             &mut err,
622             &format!("hidden type `{}` captures ", hidden_ty),
623             hidden_region,
624             "",
625         );
626     } else {
627         // Ugh. This is a painful case: the hidden region is not one
628         // that we can easily summarize or explain. This can happen
629         // in a case like
630         // `src/test/ui/multiple-lifetimes/ordinary-bounds-unsuited.rs`:
631         //
632         // ```
633         // fn upper_bounds<'a, 'b>(a: Ordinary<'a>, b: Ordinary<'b>) -> impl Trait<'a, 'b> {
634         //   if condition() { a } else { b }
635         // }
636         // ```
637         //
638         // Here the captured lifetime is the intersection of `'a` and
639         // `'b`, which we can't quite express.
640
641         if let Some(region_scope_tree) = region_scope_tree {
642             // If the `region_scope_tree` is available, this is being
643             // invoked from the "region inferencer error". We can at
644             // least report a really cryptic error for now.
645             tcx.note_and_explain_region(
646                 region_scope_tree,
647                 &mut err,
648                 &format!("hidden type `{}` captures ", hidden_ty),
649                 hidden_region,
650                 "",
651             );
652         } else {
653             // If the `region_scope_tree` is *unavailable*, this is
654             // being invoked by the code that comes *after* region
655             // inferencing. This is a bug, as the region inferencer
656             // ought to have noticed the failed constraint and invoked
657             // error reporting, which in turn should have prevented us
658             // from getting trying to infer the hidden type
659             // completely.
660             tcx.sess.delay_span_bug(
661                 span,
662                 &format!(
663                     "hidden type captures unexpected lifetime `{:?}` \
664                      but no region inference failure",
665                     hidden_region,
666                 ),
667             );
668         }
669     }
670
671     err
672 }
673
674 // Visitor that requires that (almost) all regions in the type visited outlive
675 // `least_region`. We cannot use `push_outlives_components` because regions in
676 // closure signatures are not included in their outlives components. We need to
677 // ensure all regions outlive the given bound so that we don't end up with,
678 // say, `ReScope` appearing in a return type and causing ICEs when other
679 // functions end up with region constraints involving regions from other
680 // functions.
681 //
682 // We also cannot use `for_each_free_region` because for closures it includes
683 // the regions parameters from the enclosing item.
684 //
685 // We ignore any type parameters because impl trait values are assumed to
686 // capture all the in-scope type parameters.
687 struct ConstrainOpaqueTypeRegionVisitor<'tcx, OP>
688 where
689     OP: FnMut(ty::Region<'tcx>),
690 {
691     tcx: TyCtxt<'tcx>,
692     op: OP,
693 }
694
695 impl<'tcx, OP> TypeVisitor<'tcx> for ConstrainOpaqueTypeRegionVisitor<'tcx, OP>
696 where
697     OP: FnMut(ty::Region<'tcx>),
698 {
699     fn visit_binder<T: TypeFoldable<'tcx>>(&mut self, t: &ty::Binder<T>) -> bool {
700         t.skip_binder().visit_with(self);
701         false // keep visiting
702     }
703
704     fn visit_region(&mut self, r: ty::Region<'tcx>) -> bool {
705         match *r {
706             // ignore bound regions, keep visiting
707             ty::ReLateBound(_, _) => false,
708             _ => {
709                 (self.op)(r);
710                 false
711             }
712         }
713     }
714
715     fn visit_ty(&mut self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
716         // We're only interested in types involving regions
717         if !ty.flags.intersects(ty::TypeFlags::HAS_FREE_REGIONS) {
718             return false; // keep visiting
719         }
720
721         match ty.kind {
722             ty::Closure(def_id, ref substs) => {
723                 // Skip lifetime parameters of the enclosing item(s)
724
725                 for upvar_ty in substs.as_closure().upvar_tys(def_id, self.tcx) {
726                     upvar_ty.visit_with(self);
727                 }
728
729                 substs.as_closure().sig_ty(def_id, self.tcx).visit_with(self);
730             }
731
732             ty::Generator(def_id, ref substs, _) => {
733                 // Skip lifetime parameters of the enclosing item(s)
734                 // Also skip the witness type, because that has no free regions.
735
736                 for upvar_ty in substs.upvar_tys(def_id, self.tcx) {
737                     upvar_ty.visit_with(self);
738                 }
739
740                 substs.return_ty(def_id, self.tcx).visit_with(self);
741                 substs.yield_ty(def_id, self.tcx).visit_with(self);
742             }
743             _ => {
744                 ty.super_visit_with(self);
745             }
746         }
747
748         false
749     }
750 }
751
752 struct ReverseMapper<'tcx> {
753     tcx: TyCtxt<'tcx>,
754
755     /// If errors have already been reported in this fn, we suppress
756     /// our own errors because they are sometimes derivative.
757     tainted_by_errors: bool,
758
759     opaque_type_def_id: DefId,
760     map: FxHashMap<GenericArg<'tcx>, GenericArg<'tcx>>,
761     map_missing_regions_to_empty: bool,
762
763     /// initially `Some`, set to `None` once error has been reported
764     hidden_ty: Option<Ty<'tcx>>,
765
766     /// Span of function being checked.
767     span: Span,
768 }
769
770 impl ReverseMapper<'tcx> {
771     fn new(
772         tcx: TyCtxt<'tcx>,
773         tainted_by_errors: bool,
774         opaque_type_def_id: DefId,
775         map: FxHashMap<GenericArg<'tcx>, GenericArg<'tcx>>,
776         hidden_ty: Ty<'tcx>,
777         span: Span,
778     ) -> Self {
779         Self {
780             tcx,
781             tainted_by_errors,
782             opaque_type_def_id,
783             map,
784             map_missing_regions_to_empty: false,
785             hidden_ty: Some(hidden_ty),
786             span,
787         }
788     }
789
790     fn fold_kind_mapping_missing_regions_to_empty(
791         &mut self,
792         kind: GenericArg<'tcx>,
793     ) -> GenericArg<'tcx> {
794         assert!(!self.map_missing_regions_to_empty);
795         self.map_missing_regions_to_empty = true;
796         let kind = kind.fold_with(self);
797         self.map_missing_regions_to_empty = false;
798         kind
799     }
800
801     fn fold_kind_normally(&mut self, kind: GenericArg<'tcx>) -> GenericArg<'tcx> {
802         assert!(!self.map_missing_regions_to_empty);
803         kind.fold_with(self)
804     }
805 }
806
807 impl TypeFolder<'tcx> for ReverseMapper<'tcx> {
808     fn tcx(&self) -> TyCtxt<'tcx> {
809         self.tcx
810     }
811
812     fn fold_region(&mut self, r: ty::Region<'tcx>) -> ty::Region<'tcx> {
813         match r {
814             // ignore bound regions that appear in the type (e.g., this
815             // would ignore `'r` in a type like `for<'r> fn(&'r u32)`.
816             ty::ReLateBound(..) |
817
818             // ignore `'static`, as that can appear anywhere
819             ty::ReStatic => return r,
820
821             _ => { }
822         }
823
824         let generics = self.tcx().generics_of(self.opaque_type_def_id);
825         match self.map.get(&r.into()).map(|k| k.unpack()) {
826             Some(GenericArgKind::Lifetime(r1)) => r1,
827             Some(u) => panic!("region mapped to unexpected kind: {:?}", u),
828             None if generics.parent.is_some() => {
829                 if !self.map_missing_regions_to_empty && !self.tainted_by_errors {
830                     if let Some(hidden_ty) = self.hidden_ty.take() {
831                         unexpected_hidden_region_diagnostic(
832                             self.tcx,
833                             None,
834                             self.opaque_type_def_id,
835                             hidden_ty,
836                             r,
837                         ).emit();
838                     }
839                 }
840                 self.tcx.lifetimes.re_empty
841             }
842             None => {
843                 self.tcx.sess
844                     .struct_span_err(
845                         self.span,
846                         "non-defining opaque type use in defining scope"
847                     )
848                     .span_label(
849                         self.span,
850                         format!("lifetime `{}` is part of concrete type but not used in \
851                                  parameter list of the `impl Trait` type alias", r),
852                     )
853                     .emit();
854
855                 self.tcx().mk_region(ty::ReStatic)
856             },
857         }
858     }
859
860     fn fold_ty(&mut self, ty: Ty<'tcx>) -> Ty<'tcx> {
861         match ty.kind {
862             ty::Closure(def_id, substs) => {
863                 // I am a horrible monster and I pray for death. When
864                 // we encounter a closure here, it is always a closure
865                 // from within the function that we are currently
866                 // type-checking -- one that is now being encapsulated
867                 // in an opaque type. Ideally, we would
868                 // go through the types/lifetimes that it references
869                 // and treat them just like we would any other type,
870                 // which means we would error out if we find any
871                 // reference to a type/region that is not in the
872                 // "reverse map".
873                 //
874                 // **However,** in the case of closures, there is a
875                 // somewhat subtle (read: hacky) consideration. The
876                 // problem is that our closure types currently include
877                 // all the lifetime parameters declared on the
878                 // enclosing function, even if they are unused by the
879                 // closure itself. We can't readily filter them out,
880                 // so here we replace those values with `'empty`. This
881                 // can't really make a difference to the rest of the
882                 // compiler; those regions are ignored for the
883                 // outlives relation, and hence don't affect trait
884                 // selection or auto traits, and they are erased
885                 // during codegen.
886
887                 let generics = self.tcx.generics_of(def_id);
888                 let substs =
889                     self.tcx.mk_substs(substs.iter().enumerate().map(|(index, &kind)| {
890                         if index < generics.parent_count {
891                             // Accommodate missing regions in the parent kinds...
892                             self.fold_kind_mapping_missing_regions_to_empty(kind)
893                         } else {
894                             // ...but not elsewhere.
895                             self.fold_kind_normally(kind)
896                         }
897                     }));
898
899                 self.tcx.mk_closure(def_id, substs)
900             }
901
902             ty::Generator(def_id, substs, movability) => {
903                 let generics = self.tcx.generics_of(def_id);
904                 let substs =
905                     self.tcx.mk_substs(substs.substs.iter().enumerate().map(|(index, &kind)| {
906                         if index < generics.parent_count {
907                             // Accommodate missing regions in the parent kinds...
908                             self.fold_kind_mapping_missing_regions_to_empty(kind)
909                         } else {
910                             // ...but not elsewhere.
911                             self.fold_kind_normally(kind)
912                         }
913                     }));
914
915                 self.tcx.mk_generator(def_id, ty::GeneratorSubsts { substs }, movability)
916             }
917
918             ty::Param(..) => {
919                 // Look it up in the substitution list.
920                 match self.map.get(&ty.into()).map(|k| k.unpack()) {
921                     // Found it in the substitution list; replace with the parameter from the
922                     // opaque type.
923                     Some(GenericArgKind::Type(t1)) => t1,
924                     Some(u) => panic!("type mapped to unexpected kind: {:?}", u),
925                     None => {
926                         self.tcx.sess
927                             .struct_span_err(
928                                 self.span,
929                                 &format!("type parameter `{}` is part of concrete type but not \
930                                           used in parameter list for the `impl Trait` type alias",
931                                          ty),
932                             )
933                             .emit();
934
935                         self.tcx().types.err
936                     }
937                 }
938             }
939
940             _ => ty.super_fold_with(self),
941         }
942     }
943
944     fn fold_const(&mut self, ct: &'tcx ty::Const<'tcx>) -> &'tcx ty::Const<'tcx> {
945         trace!("checking const {:?}", ct);
946         // Find a const parameter
947         match ct.val {
948             ConstValue::Param(..) => {
949                 // Look it up in the substitution list.
950                 match self.map.get(&ct.into()).map(|k| k.unpack()) {
951                     // Found it in the substitution list, replace with the parameter from the
952                     // opaque type.
953                     Some(GenericArgKind::Const(c1)) => c1,
954                     Some(u) => panic!("const mapped to unexpected kind: {:?}", u),
955                     None => {
956                         self.tcx.sess
957                             .struct_span_err(
958                                 self.span,
959                                 &format!("const parameter `{}` is part of concrete type but not \
960                                           used in parameter list for the `impl Trait` type alias",
961                                          ct)
962                             )
963                             .emit();
964
965                         self.tcx().consts.err
966                     }
967                 }
968             }
969
970             _ => ct,
971         }
972     }
973 }
974
975 struct Instantiator<'a, 'tcx> {
976     infcx: &'a InferCtxt<'a, 'tcx>,
977     parent_def_id: DefId,
978     body_id: hir::HirId,
979     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
980     value_span: Span,
981     opaque_types: OpaqueTypeMap<'tcx>,
982     obligations: Vec<PredicateObligation<'tcx>>,
983 }
984
985 impl<'a, 'tcx> Instantiator<'a, 'tcx> {
986     fn instantiate_opaque_types_in_map<T: TypeFoldable<'tcx>>(&mut self, value: &T) -> T {
987         debug!("instantiate_opaque_types_in_map(value={:?})", value);
988         let tcx = self.infcx.tcx;
989         value.fold_with(&mut BottomUpFolder {
990             tcx,
991             ty_op: |ty| {
992                 if ty.references_error() {
993                     return tcx.types.err;
994                 } else if let ty::Opaque(def_id, substs) = ty.kind {
995                     // Check that this is `impl Trait` type is
996                     // declared by `parent_def_id` -- i.e., one whose
997                     // value we are inferring.  At present, this is
998                     // always true during the first phase of
999                     // type-check, but not always true later on during
1000                     // NLL. Once we support named opaque types more fully,
1001                     // this same scenario will be able to arise during all phases.
1002                     //
1003                     // Here is an example using type alias `impl Trait`
1004                     // that indicates the distinction we are checking for:
1005                     //
1006                     // ```rust
1007                     // mod a {
1008                     //   pub type Foo = impl Iterator;
1009                     //   pub fn make_foo() -> Foo { .. }
1010                     // }
1011                     //
1012                     // mod b {
1013                     //   fn foo() -> a::Foo { a::make_foo() }
1014                     // }
1015                     // ```
1016                     //
1017                     // Here, the return type of `foo` references a
1018                     // `Opaque` indeed, but not one whose value is
1019                     // presently being inferred. You can get into a
1020                     // similar situation with closure return types
1021                     // today:
1022                     //
1023                     // ```rust
1024                     // fn foo() -> impl Iterator { .. }
1025                     // fn bar() {
1026                     //     let x = || foo(); // returns the Opaque assoc with `foo`
1027                     // }
1028                     // ```
1029                     if let Some(opaque_hir_id) = tcx.hir().as_local_hir_id(def_id) {
1030                         let parent_def_id = self.parent_def_id;
1031                         let def_scope_default = || {
1032                             let opaque_parent_hir_id = tcx.hir().get_parent_item(opaque_hir_id);
1033                             parent_def_id == tcx.hir()
1034                                                 .local_def_id(opaque_parent_hir_id)
1035                         };
1036                         let (in_definition_scope, origin) = match tcx.hir().find(opaque_hir_id) {
1037                             Some(Node::Item(item)) => match item.kind {
1038                                 // Anonymous `impl Trait`
1039                                 hir::ItemKind::OpaqueTy(hir::OpaqueTy {
1040                                     impl_trait_fn: Some(parent),
1041                                     origin,
1042                                     ..
1043                                 }) => (parent == self.parent_def_id, origin),
1044                                 // Named `type Foo = impl Bar;`
1045                                 hir::ItemKind::OpaqueTy(hir::OpaqueTy {
1046                                     impl_trait_fn: None,
1047                                     origin,
1048                                     ..
1049                                 }) => (
1050                                     may_define_opaque_type(
1051                                         tcx,
1052                                         self.parent_def_id,
1053                                         opaque_hir_id,
1054                                     ),
1055                                     origin,
1056                                 ),
1057                                 _ => {
1058                                     (def_scope_default(), hir::OpaqueTyOrigin::TypeAlias)
1059                                 }
1060                             },
1061                             Some(Node::ImplItem(item)) => match item.kind {
1062                                 hir::ImplItemKind::OpaqueTy(_) => (
1063                                     may_define_opaque_type(
1064                                         tcx,
1065                                         self.parent_def_id,
1066                                         opaque_hir_id,
1067                                     ),
1068                                     hir::OpaqueTyOrigin::TypeAlias,
1069                                 ),
1070                                 _ => {
1071                                     (def_scope_default(), hir::OpaqueTyOrigin::TypeAlias)
1072                                 }
1073                             },
1074                             _ => bug!(
1075                                 "expected (impl) item, found {}",
1076                                 tcx.hir().node_to_string(opaque_hir_id),
1077                             ),
1078                         };
1079                         if in_definition_scope {
1080                             return self.fold_opaque_ty(ty, def_id, substs, origin);
1081                         }
1082
1083                         debug!(
1084                             "instantiate_opaque_types_in_map: \
1085                              encountered opaque outside its definition scope \
1086                              def_id={:?}",
1087                             def_id,
1088                         );
1089                     }
1090                 }
1091
1092                 ty
1093             },
1094             lt_op: |lt| lt,
1095             ct_op: |ct| ct,
1096         })
1097     }
1098
1099     fn fold_opaque_ty(
1100         &mut self,
1101         ty: Ty<'tcx>,
1102         def_id: DefId,
1103         substs: SubstsRef<'tcx>,
1104         origin: hir::OpaqueTyOrigin,
1105     ) -> Ty<'tcx> {
1106         let infcx = self.infcx;
1107         let tcx = infcx.tcx;
1108
1109         debug!("instantiate_opaque_types: Opaque(def_id={:?}, substs={:?})", def_id, substs);
1110
1111         // Use the same type variable if the exact same opaque type appears more
1112         // than once in the return type (e.g., if it's passed to a type alias).
1113         if let Some(opaque_defn) = self.opaque_types.get(&def_id) {
1114             debug!("instantiate_opaque_types: returning concrete ty {:?}", opaque_defn.concrete_ty);
1115             return opaque_defn.concrete_ty;
1116         }
1117         let span = tcx.def_span(def_id);
1118         debug!("fold_opaque_ty {:?} {:?}", self.value_span, span);
1119         let ty_var = infcx
1120             .next_ty_var(TypeVariableOrigin { kind: TypeVariableOriginKind::TypeInference, span });
1121
1122         let predicates_of = tcx.predicates_of(def_id);
1123         debug!("instantiate_opaque_types: predicates={:#?}", predicates_of,);
1124         let bounds = predicates_of.instantiate(tcx, substs);
1125
1126         let param_env = tcx.param_env(def_id);
1127         let InferOk { value: bounds, obligations } =
1128             infcx.partially_normalize_associated_types_in(span, self.body_id, param_env, &bounds);
1129         self.obligations.extend(obligations);
1130
1131         debug!("instantiate_opaque_types: bounds={:?}", bounds);
1132
1133         let required_region_bounds = tcx.required_region_bounds(ty, bounds.predicates.clone());
1134         debug!("instantiate_opaque_types: required_region_bounds={:?}", required_region_bounds);
1135
1136         // Make sure that we are in fact defining the *entire* type
1137         // (e.g., `type Foo<T: Bound> = impl Bar;` needs to be
1138         // defined by a function like `fn foo<T: Bound>() -> Foo<T>`).
1139         debug!("instantiate_opaque_types: param_env={:#?}", self.param_env,);
1140         debug!("instantiate_opaque_types: generics={:#?}", tcx.generics_of(def_id),);
1141
1142         // Ideally, we'd get the span where *this specific `ty` came
1143         // from*, but right now we just use the span from the overall
1144         // value being folded. In simple cases like `-> impl Foo`,
1145         // these are the same span, but not in cases like `-> (impl
1146         // Foo, impl Bar)`.
1147         let definition_span = self.value_span;
1148
1149         self.opaque_types.insert(
1150             def_id,
1151             OpaqueTypeDecl {
1152                 substs,
1153                 definition_span,
1154                 concrete_ty: ty_var,
1155                 has_required_region_bounds: !required_region_bounds.is_empty(),
1156                 origin,
1157             },
1158         );
1159         debug!("instantiate_opaque_types: ty_var={:?}", ty_var);
1160
1161         for predicate in &bounds.predicates {
1162             if let ty::Predicate::Projection(projection) = &predicate {
1163                 if projection.skip_binder().ty.references_error() {
1164                     // No point on adding these obligations since there's a type error involved.
1165                     return ty_var;
1166                 }
1167             }
1168         }
1169
1170         self.obligations.reserve(bounds.predicates.len());
1171         for predicate in bounds.predicates {
1172             // Change the predicate to refer to the type variable,
1173             // which will be the concrete type instead of the opaque type.
1174             // This also instantiates nested instances of `impl Trait`.
1175             let predicate = self.instantiate_opaque_types_in_map(&predicate);
1176
1177             let cause = traits::ObligationCause::new(span, self.body_id, traits::SizedReturnType);
1178
1179             // Require that the predicate holds for the concrete type.
1180             debug!("instantiate_opaque_types: predicate={:?}", predicate);
1181             self.obligations.push(traits::Obligation::new(cause, self.param_env, predicate));
1182         }
1183
1184         ty_var
1185     }
1186 }
1187
1188 /// Returns `true` if `opaque_hir_id` is a sibling or a child of a sibling of `def_id`.
1189 ///
1190 /// Example:
1191 /// ```rust
1192 /// pub mod foo {
1193 ///     pub mod bar {
1194 ///         pub trait Bar { .. }
1195 ///
1196 ///         pub type Baz = impl Bar;
1197 ///
1198 ///         fn f1() -> Baz { .. }
1199 ///     }
1200 ///
1201 ///     fn f2() -> bar::Baz { .. }
1202 /// }
1203 /// ```
1204 ///
1205 /// Here, `def_id` is the `DefId` of the defining use of the opaque type (e.g., `f1` or `f2`),
1206 /// and `opaque_hir_id` is the `HirId` of the definition of the opaque type `Baz`.
1207 /// For the above example, this function returns `true` for `f1` and `false` for `f2`.
1208 pub fn may_define_opaque_type(
1209     tcx: TyCtxt<'_>,
1210     def_id: DefId,
1211     opaque_hir_id: hir::HirId,
1212 ) -> bool {
1213     let mut hir_id = tcx.hir().as_local_hir_id(def_id).unwrap();
1214
1215     // Named opaque types can be defined by any siblings or children of siblings.
1216     let scope = tcx.hir().get_defining_scope(opaque_hir_id);
1217     // We walk up the node tree until we hit the root or the scope of the opaque type.
1218     while hir_id != scope && hir_id != hir::CRATE_HIR_ID {
1219         hir_id = tcx.hir().get_parent_item(hir_id);
1220     }
1221     // Syntactically, we are allowed to define the concrete type if:
1222     let res = hir_id == scope;
1223     trace!(
1224         "may_define_opaque_type(def={:?}, opaque_node={:?}) = {}",
1225         tcx.hir().get(hir_id),
1226         tcx.hir().get(opaque_hir_id),
1227         res
1228     );
1229     res
1230 }