]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc/infer/opaque_types/mod.rs
Rollup merge of #65613 - Mark-Simulacrum:rustdoc-preserve-ws, r=GuillaumeGomez
[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::traits::{self, PredicateObligation};
8 use crate::ty::fold::{BottomUpFolder, TypeFoldable, TypeFolder, TypeVisitor};
9 use crate::ty::subst::{InternalSubsts, GenericArg, SubstsRef, GenericArgKind};
10 use crate::ty::{self, GenericParamDefKind, Ty, TyCtxt};
11 use crate::util::nodemap::DefIdMap;
12 use errors::DiagnosticBuilder;
13 use rustc::session::config::nightly_options;
14 use rustc_data_structures::fx::FxHashMap;
15 use rustc_data_structures::sync::Lrc;
16 use syntax_pos::Span;
17
18 use rustc_error_codes::*;
19
20 pub type OpaqueTypeMap<'tcx> = DefIdMap<OpaqueTypeDecl<'tcx>>;
21
22 /// Information about the opaque types whose values we
23 /// are inferring in this function (these are the `impl Trait` that
24 /// appear in the return type).
25 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
26 pub struct OpaqueTypeDecl<'tcx> {
27
28     /// The opaque type (`ty::Opaque`) for this declaration.
29     pub opaque_type: Ty<'tcx>,
30
31     /// The substitutions that we apply to the opaque type that this
32     /// `impl Trait` desugars to. e.g., if:
33     ///
34     ///     fn foo<'a, 'b, T>() -> impl Trait<'a>
35     ///
36     /// winds up desugared to:
37     ///
38     ///     type Foo<'x, X> = impl Trait<'x>
39     ///     fn foo<'a, 'b, T>() -> Foo<'a, T>
40     ///
41     /// then `substs` would be `['a, T]`.
42     pub substs: SubstsRef<'tcx>,
43
44     /// The span of this particular definition of the opaque type.  So
45     /// for example:
46     ///
47     /// ```
48     /// type Foo = impl Baz;
49     /// fn bar() -> Foo {
50     ///             ^^^ This is the span we are looking for!
51     /// ```
52     ///
53     /// In cases where the fn returns `(impl Trait, impl Trait)` or
54     /// other such combinations, the result is currently
55     /// over-approximated, but better than nothing.
56     pub definition_span: Span,
57
58     /// The type variable that represents the value of the opaque type
59     /// that we require. In other words, after we compile this function,
60     /// we will be created a constraint like:
61     ///
62     ///     Foo<'a, T> = ?C
63     ///
64     /// where `?C` is the value of this type variable. =) It may
65     /// naturally refer to the type and lifetime parameters in scope
66     /// in this function, though ultimately it should only reference
67     /// those that are arguments to `Foo` in the constraint above. (In
68     /// other words, `?C` should not include `'b`, even though it's a
69     /// lifetime parameter on `foo`.)
70     pub concrete_ty: Ty<'tcx>,
71
72     /// Returns `true` if the `impl Trait` bounds include region bounds.
73     /// For example, this would be true for:
74     ///
75     ///     fn foo<'a, 'b, 'c>() -> impl Trait<'c> + 'a + 'b
76     ///
77     /// but false for:
78     ///
79     ///     fn foo<'c>() -> impl Trait<'c>
80     ///
81     /// unless `Trait` was declared like:
82     ///
83     ///     trait Trait<'c>: 'c
84     ///
85     /// in which case it would be true.
86     ///
87     /// This is used during regionck to decide whether we need to
88     /// impose any additional constraints to ensure that region
89     /// variables in `concrete_ty` wind up being constrained to
90     /// something from `substs` (or, at minimum, things that outlive
91     /// the fn body). (Ultimately, writeback is responsible for this
92     /// check.)
93     pub has_required_region_bounds: bool,
94
95     /// The origin of the opaque type.
96     pub origin: hir::OpaqueTyOrigin,
97 }
98
99 impl<'a, 'tcx> InferCtxt<'a, 'tcx> {
100     /// Replaces all opaque types in `value` with fresh inference variables
101     /// and creates appropriate obligations. For example, given the input:
102     ///
103     ///     impl Iterator<Item = impl Debug>
104     ///
105     /// this method would create two type variables, `?0` and `?1`. It would
106     /// return the type `?0` but also the obligations:
107     ///
108     ///     ?0: Iterator<Item = ?1>
109     ///     ?1: Debug
110     ///
111     /// Moreover, it returns a `OpaqueTypeMap` that would map `?0` to
112     /// info about the `impl Iterator<..>` type and `?1` to info about
113     /// the `impl Debug` type.
114     ///
115     /// # Parameters
116     ///
117     /// - `parent_def_id` -- the `DefId` of the function in which the opaque type
118     ///   is defined
119     /// - `body_id` -- the body-id with which the resulting obligations should
120     ///   be associated
121     /// - `param_env` -- the in-scope parameter environment to be used for
122     ///   obligations
123     /// - `value` -- the value within which we are instantiating opaque types
124     /// - `value_span` -- the span where the value came from, used in error reporting
125     pub fn instantiate_opaque_types<T: TypeFoldable<'tcx>>(
126         &self,
127         parent_def_id: DefId,
128         body_id: hir::HirId,
129         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
130         value: &T,
131         value_span: Span,
132     ) -> InferOk<'tcx, (T, OpaqueTypeMap<'tcx>)> {
133         debug!(
134             "instantiate_opaque_types(value={:?}, parent_def_id={:?}, body_id={:?}, \
135              param_env={:?}, value_span={:?})",
136             value, parent_def_id, body_id, param_env, value_span,
137         );
138         let mut instantiator = Instantiator {
139             infcx: self,
140             parent_def_id,
141             body_id,
142             param_env,
143             value_span,
144             opaque_types: Default::default(),
145             obligations: vec![],
146         };
147         let value = instantiator.instantiate_opaque_types_in_map(value);
148         InferOk { value: (value, instantiator.opaque_types), obligations: instantiator.obligations }
149     }
150
151     /// Given the map `opaque_types` containing the opaque
152     /// `impl Trait` types whose underlying, hidden types are being
153     /// inferred, this method adds constraints to the regions
154     /// appearing in those underlying hidden types to ensure that they
155     /// at least do not refer to random scopes within the current
156     /// function. These constraints are not (quite) sufficient to
157     /// guarantee that the regions are actually legal values; that
158     /// final condition is imposed after region inference is done.
159     ///
160     /// # The Problem
161     ///
162     /// Let's work through an example to explain how it works. Assume
163     /// the current function is as follows:
164     ///
165     /// ```text
166     /// fn foo<'a, 'b>(..) -> (impl Bar<'a>, impl Bar<'b>)
167     /// ```
168     ///
169     /// Here, we have two `impl Trait` types whose values are being
170     /// inferred (the `impl Bar<'a>` and the `impl
171     /// Bar<'b>`). Conceptually, this is sugar for a setup where we
172     /// define underlying opaque types (`Foo1`, `Foo2`) and then, in
173     /// the return type of `foo`, we *reference* those definitions:
174     ///
175     /// ```text
176     /// type Foo1<'x> = impl Bar<'x>;
177     /// type Foo2<'x> = impl Bar<'x>;
178     /// fn foo<'a, 'b>(..) -> (Foo1<'a>, Foo2<'b>) { .. }
179     ///                    //  ^^^^ ^^
180     ///                    //  |    |
181     ///                    //  |    substs
182     ///                    //  def_id
183     /// ```
184     ///
185     /// As indicating in the comments above, each of those references
186     /// is (in the compiler) basically a substitution (`substs`)
187     /// applied to the type of a suitable `def_id` (which identifies
188     /// `Foo1` or `Foo2`).
189     ///
190     /// Now, at this point in compilation, what we have done is to
191     /// replace each of the references (`Foo1<'a>`, `Foo2<'b>`) with
192     /// fresh inference variables C1 and C2. We wish to use the values
193     /// of these variables to infer the underlying types of `Foo1` and
194     /// `Foo2`. That is, this gives rise to higher-order (pattern) unification
195     /// constraints like:
196     ///
197     /// ```text
198     /// for<'a> (Foo1<'a> = C1)
199     /// for<'b> (Foo1<'b> = C2)
200     /// ```
201     ///
202     /// For these equation to be satisfiable, the types `C1` and `C2`
203     /// can only refer to a limited set of regions. For example, `C1`
204     /// can only refer to `'static` and `'a`, and `C2` can only refer
205     /// to `'static` and `'b`. The job of this function is to impose that
206     /// constraint.
207     ///
208     /// Up to this point, C1 and C2 are basically just random type
209     /// inference variables, and hence they may contain arbitrary
210     /// regions. In fact, it is fairly likely that they do! Consider
211     /// this possible definition of `foo`:
212     ///
213     /// ```text
214     /// fn foo<'a, 'b>(x: &'a i32, y: &'b i32) -> (impl Bar<'a>, impl Bar<'b>) {
215     ///         (&*x, &*y)
216     ///     }
217     /// ```
218     ///
219     /// Here, the values for the concrete types of the two impl
220     /// traits will include inference variables:
221     ///
222     /// ```text
223     /// &'0 i32
224     /// &'1 i32
225     /// ```
226     ///
227     /// Ordinarily, the subtyping rules would ensure that these are
228     /// sufficiently large. But since `impl Bar<'a>` isn't a specific
229     /// type per se, we don't get such constraints by default. This
230     /// is where this function comes into play. It adds extra
231     /// constraints to ensure that all the regions which appear in the
232     /// inferred type are regions that could validly appear.
233     ///
234     /// This is actually a bit of a tricky constraint in general. We
235     /// want to say that each variable (e.g., `'0`) can only take on
236     /// values that were supplied as arguments to the opaque type
237     /// (e.g., `'a` for `Foo1<'a>`) or `'static`, which is always in
238     /// scope. We don't have a constraint quite of this kind in the current
239     /// region checker.
240     ///
241     /// # The Solution
242     ///
243     /// We generally prefer to make `<=` constraints, since they
244     /// integrate best into the region solver. To do that, we find the
245     /// "minimum" of all the arguments that appear in the substs: that
246     /// is, some region which is less than all the others. In the case
247     /// of `Foo1<'a>`, that would be `'a` (it's the only choice, after
248     /// all). Then we apply that as a least bound to the variables
249     /// (e.g., `'a <= '0`).
250     ///
251     /// In some cases, there is no minimum. Consider this example:
252     ///
253     /// ```text
254     /// fn baz<'a, 'b>() -> impl Trait<'a, 'b> { ... }
255     /// ```
256     ///
257     /// Here we would report a more complex "in constraint", like `'r
258     /// in ['a, 'b, 'static]` (where `'r` is some regon appearing in
259     /// the hidden type).
260     ///
261     /// # Constrain regions, not the hidden concrete type
262     ///
263     /// Note that generating constraints on each region `Rc` is *not*
264     /// the same as generating an outlives constraint on `Tc` iself.
265     /// For example, if we had a function like this:
266     ///
267     /// ```rust
268     /// fn foo<'a, T>(x: &'a u32, y: T) -> impl Foo<'a> {
269     ///   (x, y)
270     /// }
271     ///
272     /// // Equivalent to:
273     /// type FooReturn<'a, T> = impl Foo<'a>;
274     /// fn foo<'a, T>(..) -> FooReturn<'a, T> { .. }
275     /// ```
276     ///
277     /// then the hidden type `Tc` would be `(&'0 u32, T)` (where `'0`
278     /// is an inference variable). If we generated a constraint that
279     /// `Tc: 'a`, then this would incorrectly require that `T: 'a` --
280     /// but this is not necessary, because the opaque type we
281     /// create will be allowed to reference `T`. So we only generate a
282     /// constraint that `'0: 'a`.
283     ///
284     /// # The `free_region_relations` parameter
285     ///
286     /// The `free_region_relations` argument is used to find the
287     /// "minimum" of the regions supplied to a given opaque type.
288     /// It must be a relation that can answer whether `'a <= 'b`,
289     /// where `'a` and `'b` are regions that appear in the "substs"
290     /// for the opaque type references (the `<'a>` in `Foo1<'a>`).
291     ///
292     /// Note that we do not impose the constraints based on the
293     /// generic regions from the `Foo1` definition (e.g., `'x`). This
294     /// is because the constraints we are imposing here is basically
295     /// the concern of the one generating the constraining type C1,
296     /// which is the current function. It also means that we can
297     /// take "implied bounds" into account in some cases:
298     ///
299     /// ```text
300     /// trait SomeTrait<'a, 'b> { }
301     /// fn foo<'a, 'b>(_: &'a &'b u32) -> impl SomeTrait<'a, 'b> { .. }
302     /// ```
303     ///
304     /// Here, the fact that `'b: 'a` is known only because of the
305     /// implied bounds from the `&'a &'b u32` parameter, and is not
306     /// "inherent" to the opaque type definition.
307     ///
308     /// # Parameters
309     ///
310     /// - `opaque_types` -- the map produced by `instantiate_opaque_types`
311     /// - `free_region_relations` -- something that can be used to relate
312     ///   the free regions (`'a`) that appear in the impl trait.
313     pub fn constrain_opaque_types<FRR: FreeRegionRelations<'tcx>>(
314         &self,
315         opaque_types: &OpaqueTypeMap<'tcx>,
316         free_region_relations: &FRR,
317     ) {
318         debug!("constrain_opaque_types()");
319
320         for (&def_id, opaque_defn) in opaque_types {
321             self.constrain_opaque_type(def_id, opaque_defn, free_region_relations);
322         }
323     }
324
325     /// See `constrain_opaque_types` for documentation.
326     pub fn constrain_opaque_type<FRR: FreeRegionRelations<'tcx>>(
327         &self,
328         def_id: DefId,
329         opaque_defn: &OpaqueTypeDecl<'tcx>,
330         free_region_relations: &FRR,
331     ) {
332         debug!("constrain_opaque_type()");
333         debug!("constrain_opaque_type: def_id={:?}", def_id);
334         debug!("constrain_opaque_type: opaque_defn={:#?}", opaque_defn);
335
336         let tcx = self.tcx;
337
338         let concrete_ty = self.resolve_vars_if_possible(&opaque_defn.concrete_ty);
339
340         debug!("constrain_opaque_type: concrete_ty={:?}", concrete_ty);
341
342         let opaque_type_generics = tcx.generics_of(def_id);
343
344         let span = tcx.def_span(def_id);
345
346         // If there are required region bounds, we can use them.
347         if opaque_defn.has_required_region_bounds {
348             let predicates_of = tcx.predicates_of(def_id);
349             debug!("constrain_opaque_type: predicates: {:#?}", predicates_of,);
350             let bounds = predicates_of.instantiate(tcx, opaque_defn.substs);
351             debug!("constrain_opaque_type: bounds={:#?}", bounds);
352             let opaque_type = tcx.mk_opaque(def_id, opaque_defn.substs);
353
354             let required_region_bounds = tcx.required_region_bounds(opaque_type, bounds.predicates);
355             debug_assert!(!required_region_bounds.is_empty());
356
357             for required_region in required_region_bounds {
358                 concrete_ty.visit_with(&mut ConstrainOpaqueTypeRegionVisitor {
359                     tcx: self.tcx,
360                     op: |r| self.sub_regions(infer::CallReturn(span), required_region, r),
361                 });
362             }
363             return;
364         }
365
366         // There were no `required_region_bounds`,
367         // so we have to search for a `least_region`.
368         // Go through all the regions used as arguments to the
369         // opaque type. These are the parameters to the opaque
370         // type; so in our example above, `substs` would contain
371         // `['a]` for the first impl trait and `'b` for the
372         // second.
373         let mut least_region = None;
374         for param in &opaque_type_generics.params {
375             match param.kind {
376                 GenericParamDefKind::Lifetime => {}
377                 _ => continue,
378             }
379
380             // Get the value supplied for this region from the substs.
381             let subst_arg = opaque_defn.substs.region_at(param.index as usize);
382
383             // Compute the least upper bound of it with the other regions.
384             debug!("constrain_opaque_types: least_region={:?}", least_region);
385             debug!("constrain_opaque_types: subst_arg={:?}", subst_arg);
386             match least_region {
387                 None => least_region = Some(subst_arg),
388                 Some(lr) => {
389                     if free_region_relations.sub_free_regions(lr, subst_arg) {
390                         // keep the current least region
391                     } else if free_region_relations.sub_free_regions(subst_arg, lr) {
392                         // switch to `subst_arg`
393                         least_region = Some(subst_arg);
394                     } else {
395                         // There are two regions (`lr` and
396                         // `subst_arg`) which are not relatable. We
397                         // can't find a best choice. Therefore,
398                         // instead of creating a single bound like
399                         // `'r: 'a` (which is our preferred choice),
400                         // we will create a "in bound" like `'r in
401                         // ['a, 'b, 'c]`, where `'a..'c` are the
402                         // regions that appear in the impl trait.
403                         return self.generate_member_constraint(
404                             concrete_ty,
405                             opaque_type_generics,
406                             opaque_defn,
407                             def_id,
408                             lr,
409                             subst_arg,
410                         );
411                     }
412                 }
413             }
414         }
415
416         let least_region = least_region.unwrap_or(tcx.lifetimes.re_static);
417         debug!("constrain_opaque_types: least_region={:?}", least_region);
418
419         concrete_ty.visit_with(&mut ConstrainOpaqueTypeRegionVisitor {
420             tcx: self.tcx,
421             op: |r| self.sub_regions(infer::CallReturn(span), least_region, r),
422         });
423     }
424
425     /// As a fallback, we sometimes generate an "in constraint". For
426     /// a case like `impl Foo<'a, 'b>`, where `'a` and `'b` cannot be
427     /// related, we would generate a constraint `'r in ['a, 'b,
428     /// 'static]` for each region `'r` that appears in the hidden type
429     /// (i.e., it must be equal to `'a`, `'b`, or `'static`).
430     ///
431     /// `conflict1` and `conflict2` are the two region bounds that we
432     /// detected which were unrelated. They are used for diagnostics.
433     fn generate_member_constraint(
434         &self,
435         concrete_ty: Ty<'tcx>,
436         opaque_type_generics: &ty::Generics,
437         opaque_defn: &OpaqueTypeDecl<'tcx>,
438         opaque_type_def_id: DefId,
439         conflict1: ty::Region<'tcx>,
440         conflict2: ty::Region<'tcx>,
441     ) {
442         // For now, enforce a feature gate outside of async functions.
443         if self.member_constraint_feature_gate(
444             opaque_defn,
445             opaque_type_def_id,
446             conflict1,
447             conflict2,
448         ) {
449             return;
450         }
451
452         // Create the set of choice regions: each region in the hidden
453         // type can be equal to any of the region parameters of the
454         // opaque type definition.
455         let choice_regions: Lrc<Vec<ty::Region<'tcx>>> = Lrc::new(
456             opaque_type_generics
457                 .params
458                 .iter()
459                 .filter(|param| match param.kind {
460                     GenericParamDefKind::Lifetime => true,
461                     GenericParamDefKind::Type { .. } | GenericParamDefKind::Const => false,
462                 })
463                 .map(|param| opaque_defn.substs.region_at(param.index as usize))
464                 .chain(std::iter::once(self.tcx.lifetimes.re_static))
465                 .collect(),
466         );
467
468         concrete_ty.visit_with(&mut ConstrainOpaqueTypeRegionVisitor {
469             tcx: self.tcx,
470             op: |r| self.member_constraint(
471                 opaque_type_def_id,
472                 opaque_defn.definition_span,
473                 concrete_ty,
474                 r,
475                 &choice_regions,
476             ),
477         });
478     }
479
480     /// Member constraints are presently feature-gated except for
481     /// async-await. We expect to lift this once we've had a bit more
482     /// time.
483     fn member_constraint_feature_gate(
484         &self,
485         opaque_defn: &OpaqueTypeDecl<'tcx>,
486         opaque_type_def_id: DefId,
487         conflict1: ty::Region<'tcx>,
488         conflict2: ty::Region<'tcx>,
489     ) -> bool {
490         // If we have `#![feature(member_constraints)]`, no problems.
491         if self.tcx.features().member_constraints {
492             return false;
493         }
494
495         let span = self.tcx.def_span(opaque_type_def_id);
496
497         // Without a feature-gate, we only generate member-constraints for async-await.
498         let context_name = match opaque_defn.origin {
499             // No feature-gate required for `async fn`.
500             hir::OpaqueTyOrigin::AsyncFn => return false,
501
502             // Otherwise, generate the label we'll use in the error message.
503             hir::OpaqueTyOrigin::TypeAlias => "impl Trait",
504             hir::OpaqueTyOrigin::FnReturn => "impl Trait",
505         };
506         let msg = format!("ambiguous lifetime bound in `{}`", context_name);
507         let mut err = self.tcx.sess.struct_span_err(span, &msg);
508
509         let conflict1_name = conflict1.to_string();
510         let conflict2_name = conflict2.to_string();
511         let label_owned;
512         let label = match (&*conflict1_name, &*conflict2_name) {
513             ("'_", "'_") => "the elided lifetimes here do not outlive one another",
514             _ => {
515                 label_owned = format!(
516                     "neither `{}` nor `{}` outlives the other",
517                     conflict1_name, conflict2_name,
518                 );
519                 &label_owned
520             }
521         };
522         err.span_label(span, label);
523
524         if nightly_options::is_nightly_build() {
525             help!(err,
526                   "add #![feature(member_constraints)] to the crate attributes \
527                    to enable");
528         }
529
530         err.emit();
531         true
532     }
533
534     /// Given the fully resolved, instantiated type for an opaque
535     /// type, i.e., the value of an inference variable like C1 or C2
536     /// (*), computes the "definition type" for an opaque type
537     /// definition -- that is, the inferred value of `Foo1<'x>` or
538     /// `Foo2<'x>` that we would conceptually use in its definition:
539     ///
540     ///     type Foo1<'x> = impl Bar<'x> = AAA; <-- this type AAA
541     ///     type Foo2<'x> = impl Bar<'x> = BBB; <-- or this type BBB
542     ///     fn foo<'a, 'b>(..) -> (Foo1<'a>, Foo2<'b>) { .. }
543     ///
544     /// Note that these values are defined in terms of a distinct set of
545     /// generic parameters (`'x` instead of `'a`) from C1 or C2. The main
546     /// purpose of this function is to do that translation.
547     ///
548     /// (*) C1 and C2 were introduced in the comments on
549     /// `constrain_opaque_types`. Read that comment for more context.
550     ///
551     /// # Parameters
552     ///
553     /// - `def_id`, the `impl Trait` type
554     /// - `opaque_defn`, the opaque definition created in `instantiate_opaque_types`
555     /// - `instantiated_ty`, the inferred type C1 -- fully resolved, lifted version of
556     ///   `opaque_defn.concrete_ty`
557     pub fn infer_opaque_definition_from_instantiation(
558         &self,
559         def_id: DefId,
560         opaque_defn: &OpaqueTypeDecl<'tcx>,
561         instantiated_ty: Ty<'tcx>,
562         span: Span,
563     ) -> Ty<'tcx> {
564         debug!(
565             "infer_opaque_definition_from_instantiation(def_id={:?}, instantiated_ty={:?})",
566             def_id, instantiated_ty
567         );
568
569         // Use substs to build up a reverse map from regions to their
570         // identity mappings. This is necessary because of `impl
571         // Trait` lifetimes are computed by replacing existing
572         // lifetimes with 'static and remapping only those used in the
573         // `impl Trait` return type, resulting in the parameters
574         // shifting.
575         let id_substs = InternalSubsts::identity_for_item(self.tcx, def_id);
576         let map: FxHashMap<GenericArg<'tcx>, GenericArg<'tcx>> = opaque_defn
577             .substs
578             .iter()
579             .enumerate()
580             .map(|(index, subst)| (*subst, id_substs[index]))
581             .collect();
582
583         // Convert the type from the function into a type valid outside
584         // the function, by replacing invalid regions with 'static,
585         // after producing an error for each of them.
586         let definition_ty = instantiated_ty.fold_with(&mut ReverseMapper::new(
587             self.tcx,
588             self.is_tainted_by_errors(),
589             def_id,
590             map,
591             instantiated_ty,
592             span,
593         ));
594         debug!("infer_opaque_definition_from_instantiation: definition_ty={:?}", definition_ty);
595
596         definition_ty
597     }
598 }
599
600 pub fn unexpected_hidden_region_diagnostic(
601     tcx: TyCtxt<'tcx>,
602     region_scope_tree: Option<&region::ScopeTree>,
603     opaque_type_def_id: DefId,
604     hidden_ty: Ty<'tcx>,
605     hidden_region: ty::Region<'tcx>,
606 ) -> DiagnosticBuilder<'tcx> {
607     let span = tcx.def_span(opaque_type_def_id);
608     let mut err = struct_span_err!(
609         tcx.sess,
610         span,
611         E0700,
612         "hidden type for `impl Trait` captures lifetime that does not appear in bounds",
613     );
614
615     // Explain the region we are capturing.
616     if let ty::ReEarlyBound(_) | ty::ReFree(_) | ty::ReStatic | ty::ReEmpty = hidden_region {
617         // Assuming regionck succeeded (*), we ought to always be
618         // capturing *some* region from the fn header, and hence it
619         // ought to be free. So under normal circumstances, we will go
620         // down this path which gives a decent human readable
621         // explanation.
622         //
623         // (*) if not, the `tainted_by_errors` flag would be set to
624         // true in any case, so we wouldn't be here at all.
625         tcx.note_and_explain_free_region(
626             &mut err,
627             &format!("hidden type `{}` captures ", hidden_ty),
628             hidden_region,
629             "",
630         );
631     } else {
632         // Ugh. This is a painful case: the hidden region is not one
633         // that we can easily summarize or explain. This can happen
634         // in a case like
635         // `src/test/ui/multiple-lifetimes/ordinary-bounds-unsuited.rs`:
636         //
637         // ```
638         // fn upper_bounds<'a, 'b>(a: Ordinary<'a>, b: Ordinary<'b>) -> impl Trait<'a, 'b> {
639         //   if condition() { a } else { b }
640         // }
641         // ```
642         //
643         // Here the captured lifetime is the intersection of `'a` and
644         // `'b`, which we can't quite express.
645
646         if let Some(region_scope_tree) = region_scope_tree {
647             // If the `region_scope_tree` is available, this is being
648             // invoked from the "region inferencer error". We can at
649             // least report a really cryptic error for now.
650             tcx.note_and_explain_region(
651                 region_scope_tree,
652                 &mut err,
653                 &format!("hidden type `{}` captures ", hidden_ty),
654                 hidden_region,
655                 "",
656             );
657         } else {
658             // If the `region_scope_tree` is *unavailable*, this is
659             // being invoked by the code that comes *after* region
660             // inferencing. This is a bug, as the region inferencer
661             // ought to have noticed the failed constraint and invoked
662             // error reporting, which in turn should have prevented us
663             // from getting trying to infer the hidden type
664             // completely.
665             tcx.sess.delay_span_bug(
666                 span,
667                 &format!(
668                     "hidden type captures unexpected lifetime `{:?}` \
669                      but no region inference failure",
670                     hidden_region,
671                 ),
672             );
673         }
674     }
675
676     err
677 }
678
679 // Visitor that requires that (almost) all regions in the type visited outlive
680 // `least_region`. We cannot use `push_outlives_components` because regions in
681 // closure signatures are not included in their outlives components. We need to
682 // ensure all regions outlive the given bound so that we don't end up with,
683 // say, `ReScope` appearing in a return type and causing ICEs when other
684 // functions end up with region constraints involving regions from other
685 // functions.
686 //
687 // We also cannot use `for_each_free_region` because for closures it includes
688 // the regions parameters from the enclosing item.
689 //
690 // We ignore any type parameters because impl trait values are assumed to
691 // capture all the in-scope type parameters.
692 struct ConstrainOpaqueTypeRegionVisitor<'tcx, OP>
693 where
694     OP: FnMut(ty::Region<'tcx>),
695 {
696     tcx: TyCtxt<'tcx>,
697     op: OP,
698 }
699
700 impl<'tcx, OP> TypeVisitor<'tcx> for ConstrainOpaqueTypeRegionVisitor<'tcx, OP>
701 where
702     OP: FnMut(ty::Region<'tcx>),
703 {
704     fn visit_binder<T: TypeFoldable<'tcx>>(&mut self, t: &ty::Binder<T>) -> bool {
705         t.skip_binder().visit_with(self);
706         false // keep visiting
707     }
708
709     fn visit_region(&mut self, r: ty::Region<'tcx>) -> bool {
710         match *r {
711             // ignore bound regions, keep visiting
712             ty::ReLateBound(_, _) => false,
713             _ => {
714                 (self.op)(r);
715                 false
716             }
717         }
718     }
719
720     fn visit_ty(&mut self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
721         // We're only interested in types involving regions
722         if !ty.flags.intersects(ty::TypeFlags::HAS_FREE_REGIONS) {
723             return false; // keep visiting
724         }
725
726         match ty.kind {
727             ty::Closure(def_id, ref substs) => {
728                 // Skip lifetime parameters of the enclosing item(s)
729
730                 for upvar_ty in substs.as_closure().upvar_tys(def_id, self.tcx) {
731                     upvar_ty.visit_with(self);
732                 }
733
734                 substs.as_closure().sig_ty(def_id, self.tcx).visit_with(self);
735             }
736
737             ty::Generator(def_id, ref substs, _) => {
738                 // Skip lifetime parameters of the enclosing item(s)
739                 // Also skip the witness type, because that has no free regions.
740
741                 for upvar_ty in substs.as_generator().upvar_tys(def_id, self.tcx) {
742                     upvar_ty.visit_with(self);
743                 }
744
745                 substs.as_generator().return_ty(def_id, self.tcx).visit_with(self);
746                 substs.as_generator().yield_ty(def_id, self.tcx).visit_with(self);
747             }
748             _ => {
749                 ty.super_visit_with(self);
750             }
751         }
752
753         false
754     }
755 }
756
757 struct ReverseMapper<'tcx> {
758     tcx: TyCtxt<'tcx>,
759
760     /// If errors have already been reported in this fn, we suppress
761     /// our own errors because they are sometimes derivative.
762     tainted_by_errors: bool,
763
764     opaque_type_def_id: DefId,
765     map: FxHashMap<GenericArg<'tcx>, GenericArg<'tcx>>,
766     map_missing_regions_to_empty: bool,
767
768     /// initially `Some`, set to `None` once error has been reported
769     hidden_ty: Option<Ty<'tcx>>,
770
771     /// Span of function being checked.
772     span: Span,
773 }
774
775 impl ReverseMapper<'tcx> {
776     fn new(
777         tcx: TyCtxt<'tcx>,
778         tainted_by_errors: bool,
779         opaque_type_def_id: DefId,
780         map: FxHashMap<GenericArg<'tcx>, GenericArg<'tcx>>,
781         hidden_ty: Ty<'tcx>,
782         span: Span,
783     ) -> Self {
784         Self {
785             tcx,
786             tainted_by_errors,
787             opaque_type_def_id,
788             map,
789             map_missing_regions_to_empty: false,
790             hidden_ty: Some(hidden_ty),
791             span,
792         }
793     }
794
795     fn fold_kind_mapping_missing_regions_to_empty(
796         &mut self,
797         kind: GenericArg<'tcx>,
798     ) -> GenericArg<'tcx> {
799         assert!(!self.map_missing_regions_to_empty);
800         self.map_missing_regions_to_empty = true;
801         let kind = kind.fold_with(self);
802         self.map_missing_regions_to_empty = false;
803         kind
804     }
805
806     fn fold_kind_normally(&mut self, kind: GenericArg<'tcx>) -> GenericArg<'tcx> {
807         assert!(!self.map_missing_regions_to_empty);
808         kind.fold_with(self)
809     }
810 }
811
812 impl TypeFolder<'tcx> for ReverseMapper<'tcx> {
813     fn tcx(&self) -> TyCtxt<'tcx> {
814         self.tcx
815     }
816
817     fn fold_region(&mut self, r: ty::Region<'tcx>) -> ty::Region<'tcx> {
818         match r {
819             // ignore bound regions that appear in the type (e.g., this
820             // would ignore `'r` in a type like `for<'r> fn(&'r u32)`.
821             ty::ReLateBound(..) |
822
823             // ignore `'static`, as that can appear anywhere
824             ty::ReStatic => return r,
825
826             _ => { }
827         }
828
829         let generics = self.tcx().generics_of(self.opaque_type_def_id);
830         match self.map.get(&r.into()).map(|k| k.unpack()) {
831             Some(GenericArgKind::Lifetime(r1)) => r1,
832             Some(u) => panic!("region mapped to unexpected kind: {:?}", u),
833             None if generics.parent.is_some() => {
834                 if !self.map_missing_regions_to_empty && !self.tainted_by_errors {
835                     if let Some(hidden_ty) = self.hidden_ty.take() {
836                         unexpected_hidden_region_diagnostic(
837                             self.tcx,
838                             None,
839                             self.opaque_type_def_id,
840                             hidden_ty,
841                             r,
842                         ).emit();
843                     }
844                 }
845                 self.tcx.lifetimes.re_empty
846             }
847             None => {
848                 self.tcx.sess
849                     .struct_span_err(
850                         self.span,
851                         "non-defining opaque type use in defining scope"
852                     )
853                     .span_label(
854                         self.span,
855                         format!("lifetime `{}` is part of concrete type but not used in \
856                                  parameter list of the `impl Trait` type alias", r),
857                     )
858                     .emit();
859
860                 self.tcx().mk_region(ty::ReStatic)
861             },
862         }
863     }
864
865     fn fold_ty(&mut self, ty: Ty<'tcx>) -> Ty<'tcx> {
866         match ty.kind {
867             ty::Closure(def_id, substs) => {
868                 // I am a horrible monster and I pray for death. When
869                 // we encounter a closure here, it is always a closure
870                 // from within the function that we are currently
871                 // type-checking -- one that is now being encapsulated
872                 // in an opaque type. Ideally, we would
873                 // go through the types/lifetimes that it references
874                 // and treat them just like we would any other type,
875                 // which means we would error out if we find any
876                 // reference to a type/region that is not in the
877                 // "reverse map".
878                 //
879                 // **However,** in the case of closures, there is a
880                 // somewhat subtle (read: hacky) consideration. The
881                 // problem is that our closure types currently include
882                 // all the lifetime parameters declared on the
883                 // enclosing function, even if they are unused by the
884                 // closure itself. We can't readily filter them out,
885                 // so here we replace those values with `'empty`. This
886                 // can't really make a difference to the rest of the
887                 // compiler; those regions are ignored for the
888                 // outlives relation, and hence don't affect trait
889                 // selection or auto traits, and they are erased
890                 // during codegen.
891
892                 let generics = self.tcx.generics_of(def_id);
893                 let substs =
894                     self.tcx.mk_substs(substs.iter().enumerate().map(|(index, &kind)| {
895                         if index < generics.parent_count {
896                             // Accommodate missing regions in the parent kinds...
897                             self.fold_kind_mapping_missing_regions_to_empty(kind)
898                         } else {
899                             // ...but not elsewhere.
900                             self.fold_kind_normally(kind)
901                         }
902                     }));
903
904                 self.tcx.mk_closure(def_id, substs)
905             }
906
907             ty::Generator(def_id, substs, movability) => {
908                 let generics = self.tcx.generics_of(def_id);
909                 let substs =
910                     self.tcx.mk_substs(substs.iter().enumerate().map(|(index, &kind)| {
911                         if index < generics.parent_count {
912                             // Accommodate missing regions in the parent kinds...
913                             self.fold_kind_mapping_missing_regions_to_empty(kind)
914                         } else {
915                             // ...but not elsewhere.
916                             self.fold_kind_normally(kind)
917                         }
918                     }));
919
920                 self.tcx.mk_generator(def_id, substs, movability)
921             }
922
923             ty::Param(..) => {
924                 // Look it up in the substitution list.
925                 match self.map.get(&ty.into()).map(|k| k.unpack()) {
926                     // Found it in the substitution list; replace with the parameter from the
927                     // opaque type.
928                     Some(GenericArgKind::Type(t1)) => t1,
929                     Some(u) => panic!("type mapped to unexpected kind: {:?}", u),
930                     None => {
931                         self.tcx.sess
932                             .struct_span_err(
933                                 self.span,
934                                 &format!("type parameter `{}` is part of concrete type but not \
935                                           used in parameter list for the `impl Trait` type alias",
936                                          ty),
937                             )
938                             .emit();
939
940                         self.tcx().types.err
941                     }
942                 }
943             }
944
945             _ => ty.super_fold_with(self),
946         }
947     }
948
949     fn fold_const(&mut self, ct: &'tcx ty::Const<'tcx>) -> &'tcx ty::Const<'tcx> {
950         trace!("checking const {:?}", ct);
951         // Find a const parameter
952         match ct.val {
953             ty::ConstKind::Param(..) => {
954                 // Look it up in the substitution list.
955                 match self.map.get(&ct.into()).map(|k| k.unpack()) {
956                     // Found it in the substitution list, replace with the parameter from the
957                     // opaque type.
958                     Some(GenericArgKind::Const(c1)) => c1,
959                     Some(u) => panic!("const mapped to unexpected kind: {:?}", u),
960                     None => {
961                         self.tcx.sess
962                             .struct_span_err(
963                                 self.span,
964                                 &format!("const parameter `{}` is part of concrete type but not \
965                                           used in parameter list for the `impl Trait` type alias",
966                                          ct)
967                             )
968                             .emit();
969
970                         self.tcx().consts.err
971                     }
972                 }
973             }
974
975             _ => ct,
976         }
977     }
978 }
979
980 struct Instantiator<'a, 'tcx> {
981     infcx: &'a InferCtxt<'a, 'tcx>,
982     parent_def_id: DefId,
983     body_id: hir::HirId,
984     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
985     value_span: Span,
986     opaque_types: OpaqueTypeMap<'tcx>,
987     obligations: Vec<PredicateObligation<'tcx>>,
988 }
989
990 impl<'a, 'tcx> Instantiator<'a, 'tcx> {
991     fn instantiate_opaque_types_in_map<T: TypeFoldable<'tcx>>(&mut self, value: &T) -> T {
992         debug!("instantiate_opaque_types_in_map(value={:?})", value);
993         let tcx = self.infcx.tcx;
994         value.fold_with(&mut BottomUpFolder {
995             tcx,
996             ty_op: |ty| {
997                 if ty.references_error() {
998                     return tcx.types.err;
999                 } else if let ty::Opaque(def_id, substs) = ty.kind {
1000                     // Check that this is `impl Trait` type is
1001                     // declared by `parent_def_id` -- i.e., one whose
1002                     // value we are inferring.  At present, this is
1003                     // always true during the first phase of
1004                     // type-check, but not always true later on during
1005                     // NLL. Once we support named opaque types more fully,
1006                     // this same scenario will be able to arise during all phases.
1007                     //
1008                     // Here is an example using type alias `impl Trait`
1009                     // that indicates the distinction we are checking for:
1010                     //
1011                     // ```rust
1012                     // mod a {
1013                     //   pub type Foo = impl Iterator;
1014                     //   pub fn make_foo() -> Foo { .. }
1015                     // }
1016                     //
1017                     // mod b {
1018                     //   fn foo() -> a::Foo { a::make_foo() }
1019                     // }
1020                     // ```
1021                     //
1022                     // Here, the return type of `foo` references a
1023                     // `Opaque` indeed, but not one whose value is
1024                     // presently being inferred. You can get into a
1025                     // similar situation with closure return types
1026                     // today:
1027                     //
1028                     // ```rust
1029                     // fn foo() -> impl Iterator { .. }
1030                     // fn bar() {
1031                     //     let x = || foo(); // returns the Opaque assoc with `foo`
1032                     // }
1033                     // ```
1034                     if let Some(opaque_hir_id) = tcx.hir().as_local_hir_id(def_id) {
1035                         let parent_def_id = self.parent_def_id;
1036                         let def_scope_default = || {
1037                             let opaque_parent_hir_id = tcx.hir().get_parent_item(opaque_hir_id);
1038                             parent_def_id == tcx.hir()
1039                                                 .local_def_id(opaque_parent_hir_id)
1040                         };
1041                         let (in_definition_scope, origin) = match tcx.hir().find(opaque_hir_id) {
1042                             Some(Node::Item(item)) => match item.kind {
1043                                 // Anonymous `impl Trait`
1044                                 hir::ItemKind::OpaqueTy(hir::OpaqueTy {
1045                                     impl_trait_fn: Some(parent),
1046                                     origin,
1047                                     ..
1048                                 }) => (parent == self.parent_def_id, origin),
1049                                 // Named `type Foo = impl Bar;`
1050                                 hir::ItemKind::OpaqueTy(hir::OpaqueTy {
1051                                     impl_trait_fn: None,
1052                                     origin,
1053                                     ..
1054                                 }) => (
1055                                     may_define_opaque_type(
1056                                         tcx,
1057                                         self.parent_def_id,
1058                                         opaque_hir_id,
1059                                     ),
1060                                     origin,
1061                                 ),
1062                                 _ => {
1063                                     (def_scope_default(), hir::OpaqueTyOrigin::TypeAlias)
1064                                 }
1065                             },
1066                             Some(Node::ImplItem(item)) => match item.kind {
1067                                 hir::ImplItemKind::OpaqueTy(_) => (
1068                                     may_define_opaque_type(
1069                                         tcx,
1070                                         self.parent_def_id,
1071                                         opaque_hir_id,
1072                                     ),
1073                                     hir::OpaqueTyOrigin::TypeAlias,
1074                                 ),
1075                                 _ => {
1076                                     (def_scope_default(), hir::OpaqueTyOrigin::TypeAlias)
1077                                 }
1078                             },
1079                             _ => bug!(
1080                                 "expected (impl) item, found {}",
1081                                 tcx.hir().node_to_string(opaque_hir_id),
1082                             ),
1083                         };
1084                         if in_definition_scope {
1085                             return self.fold_opaque_ty(ty, def_id, substs, origin);
1086                         }
1087
1088                         debug!(
1089                             "instantiate_opaque_types_in_map: \
1090                              encountered opaque outside its definition scope \
1091                              def_id={:?}",
1092                             def_id,
1093                         );
1094                     }
1095                 }
1096
1097                 ty
1098             },
1099             lt_op: |lt| lt,
1100             ct_op: |ct| ct,
1101         })
1102     }
1103
1104     fn fold_opaque_ty(
1105         &mut self,
1106         ty: Ty<'tcx>,
1107         def_id: DefId,
1108         substs: SubstsRef<'tcx>,
1109         origin: hir::OpaqueTyOrigin,
1110     ) -> Ty<'tcx> {
1111         let infcx = self.infcx;
1112         let tcx = infcx.tcx;
1113
1114         debug!("instantiate_opaque_types: Opaque(def_id={:?}, substs={:?})", def_id, substs);
1115
1116         // Use the same type variable if the exact same opaque type appears more
1117         // than once in the return type (e.g., if it's passed to a type alias).
1118         if let Some(opaque_defn) = self.opaque_types.get(&def_id) {
1119             debug!("instantiate_opaque_types: returning concrete ty {:?}", opaque_defn.concrete_ty);
1120             return opaque_defn.concrete_ty;
1121         }
1122         let span = tcx.def_span(def_id);
1123         debug!("fold_opaque_ty {:?} {:?}", self.value_span, span);
1124         let ty_var = infcx
1125             .next_ty_var(TypeVariableOrigin { kind: TypeVariableOriginKind::TypeInference, span });
1126
1127         let predicates_of = tcx.predicates_of(def_id);
1128         debug!("instantiate_opaque_types: predicates={:#?}", predicates_of,);
1129         let bounds = predicates_of.instantiate(tcx, substs);
1130
1131         let param_env = tcx.param_env(def_id);
1132         let InferOk { value: bounds, obligations } =
1133             infcx.partially_normalize_associated_types_in(span, self.body_id, param_env, &bounds);
1134         self.obligations.extend(obligations);
1135
1136         debug!("instantiate_opaque_types: bounds={:?}", bounds);
1137
1138         let required_region_bounds = tcx.required_region_bounds(ty, bounds.predicates.clone());
1139         debug!("instantiate_opaque_types: required_region_bounds={:?}", required_region_bounds);
1140
1141         // Make sure that we are in fact defining the *entire* type
1142         // (e.g., `type Foo<T: Bound> = impl Bar;` needs to be
1143         // defined by a function like `fn foo<T: Bound>() -> Foo<T>`).
1144         debug!("instantiate_opaque_types: param_env={:#?}", self.param_env,);
1145         debug!("instantiate_opaque_types: generics={:#?}", tcx.generics_of(def_id),);
1146
1147         // Ideally, we'd get the span where *this specific `ty` came
1148         // from*, but right now we just use the span from the overall
1149         // value being folded. In simple cases like `-> impl Foo`,
1150         // these are the same span, but not in cases like `-> (impl
1151         // Foo, impl Bar)`.
1152         let definition_span = self.value_span;
1153
1154         self.opaque_types.insert(
1155             def_id,
1156             OpaqueTypeDecl {
1157                 opaque_type: ty,
1158                 substs,
1159                 definition_span,
1160                 concrete_ty: ty_var,
1161                 has_required_region_bounds: !required_region_bounds.is_empty(),
1162                 origin,
1163             },
1164         );
1165         debug!("instantiate_opaque_types: ty_var={:?}", ty_var);
1166
1167         for predicate in &bounds.predicates {
1168             if let ty::Predicate::Projection(projection) = &predicate {
1169                 if projection.skip_binder().ty.references_error() {
1170                     // No point on adding these obligations since there's a type error involved.
1171                     return ty_var;
1172                 }
1173             }
1174         }
1175
1176         self.obligations.reserve(bounds.predicates.len());
1177         for predicate in bounds.predicates {
1178             // Change the predicate to refer to the type variable,
1179             // which will be the concrete type instead of the opaque type.
1180             // This also instantiates nested instances of `impl Trait`.
1181             let predicate = self.instantiate_opaque_types_in_map(&predicate);
1182
1183             let cause = traits::ObligationCause::new(span, self.body_id, traits::SizedReturnType);
1184
1185             // Require that the predicate holds for the concrete type.
1186             debug!("instantiate_opaque_types: predicate={:?}", predicate);
1187             self.obligations.push(traits::Obligation::new(cause, self.param_env, predicate));
1188         }
1189
1190         ty_var
1191     }
1192 }
1193
1194 /// Returns `true` if `opaque_hir_id` is a sibling or a child of a sibling of `def_id`.
1195 ///
1196 /// Example:
1197 /// ```rust
1198 /// pub mod foo {
1199 ///     pub mod bar {
1200 ///         pub trait Bar { .. }
1201 ///
1202 ///         pub type Baz = impl Bar;
1203 ///
1204 ///         fn f1() -> Baz { .. }
1205 ///     }
1206 ///
1207 ///     fn f2() -> bar::Baz { .. }
1208 /// }
1209 /// ```
1210 ///
1211 /// Here, `def_id` is the `DefId` of the defining use of the opaque type (e.g., `f1` or `f2`),
1212 /// and `opaque_hir_id` is the `HirId` of the definition of the opaque type `Baz`.
1213 /// For the above example, this function returns `true` for `f1` and `false` for `f2`.
1214 pub fn may_define_opaque_type(
1215     tcx: TyCtxt<'_>,
1216     def_id: DefId,
1217     opaque_hir_id: hir::HirId,
1218 ) -> bool {
1219     let mut hir_id = tcx.hir().as_local_hir_id(def_id).unwrap();
1220
1221     // Named opaque types can be defined by any siblings or children of siblings.
1222     let scope = tcx.hir().get_defining_scope(opaque_hir_id);
1223     // We walk up the node tree until we hit the root or the scope of the opaque type.
1224     while hir_id != scope && hir_id != hir::CRATE_HIR_ID {
1225         hir_id = tcx.hir().get_parent_item(hir_id);
1226     }
1227     // Syntactically, we are allowed to define the concrete type if:
1228     let res = hir_id == scope;
1229     trace!(
1230         "may_define_opaque_type(def={:?}, opaque_node={:?}) = {}",
1231         tcx.hir().get(hir_id),
1232         tcx.hir().get(opaque_hir_id),
1233         res
1234     );
1235     res
1236 }