]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc/traits/coherence.rs
Rollup merge of #58273 - taiki-e:rename-dependency, r=matthewjasper
[rust.git] / src / librustc / traits / coherence.rs
1 //! See Rustc Guide chapters on [trait-resolution] and [trait-specialization] for more info on how
2 //! this works.
3 //!
4 //! [trait-resolution]: https://rust-lang.github.io/rustc-guide/traits/resolution.html
5 //! [trait-specialization]: https://rust-lang.github.io/rustc-guide/traits/specialization.html
6
7 use crate::infer::CombinedSnapshot;
8 use crate::hir::def_id::{DefId, LOCAL_CRATE};
9 use syntax_pos::DUMMY_SP;
10 use crate::traits::{self, Normalized, SelectionContext, Obligation, ObligationCause};
11 use crate::traits::IntercrateMode;
12 use crate::traits::select::IntercrateAmbiguityCause;
13 use crate::ty::{self, Ty, TyCtxt};
14 use crate::ty::fold::TypeFoldable;
15 use crate::ty::subst::Subst;
16
17 use crate::infer::{InferOk};
18
19 /// Whether we do the orphan check relative to this crate or
20 /// to some remote crate.
21 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
22 enum InCrate {
23     Local,
24     Remote
25 }
26
27 #[derive(Debug, Copy, Clone)]
28 pub enum Conflict {
29     Upstream,
30     Downstream { used_to_be_broken: bool }
31 }
32
33 pub struct OverlapResult<'tcx> {
34     pub impl_header: ty::ImplHeader<'tcx>,
35     pub intercrate_ambiguity_causes: Vec<IntercrateAmbiguityCause>,
36
37     /// `true` if the overlap might've been permitted before the shift
38     /// to universes.
39     pub involves_placeholder: bool,
40 }
41
42 pub fn add_placeholder_note(err: &mut errors::DiagnosticBuilder<'_>) {
43     err.note(&format!(
44         "this behavior recently changed as a result of a bug fix; \
45          see rust-lang/rust#56105 for details"
46     ));
47 }
48
49 /// If there are types that satisfy both impls, invokes `on_overlap`
50 /// with a suitably-freshened `ImplHeader` with those types
51 /// substituted. Otherwise, invokes `no_overlap`.
52 pub fn overlapping_impls<'gcx, F1, F2, R>(
53     tcx: TyCtxt<'_, 'gcx, 'gcx>,
54     impl1_def_id: DefId,
55     impl2_def_id: DefId,
56     intercrate_mode: IntercrateMode,
57     on_overlap: F1,
58     no_overlap: F2,
59 ) -> R
60 where
61     F1: FnOnce(OverlapResult<'_>) -> R,
62     F2: FnOnce() -> R,
63 {
64     debug!("overlapping_impls(\
65            impl1_def_id={:?}, \
66            impl2_def_id={:?},
67            intercrate_mode={:?})",
68            impl1_def_id,
69            impl2_def_id,
70            intercrate_mode);
71
72     let overlaps = tcx.infer_ctxt().enter(|infcx| {
73         let selcx = &mut SelectionContext::intercrate(&infcx, intercrate_mode);
74         overlap(selcx, impl1_def_id, impl2_def_id).is_some()
75     });
76
77     if !overlaps {
78         return no_overlap();
79     }
80
81     // In the case where we detect an error, run the check again, but
82     // this time tracking intercrate ambuiguity causes for better
83     // diagnostics. (These take time and can lead to false errors.)
84     tcx.infer_ctxt().enter(|infcx| {
85         let selcx = &mut SelectionContext::intercrate(&infcx, intercrate_mode);
86         selcx.enable_tracking_intercrate_ambiguity_causes();
87         on_overlap(overlap(selcx, impl1_def_id, impl2_def_id).unwrap())
88     })
89 }
90
91 fn with_fresh_ty_vars<'cx, 'gcx, 'tcx>(selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'gcx, 'tcx>,
92                                        param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
93                                        impl_def_id: DefId)
94                                        -> ty::ImplHeader<'tcx>
95 {
96     let tcx = selcx.tcx();
97     let impl_substs = selcx.infcx().fresh_substs_for_item(DUMMY_SP, impl_def_id);
98
99     let header = ty::ImplHeader {
100         impl_def_id,
101         self_ty: tcx.type_of(impl_def_id).subst(tcx, impl_substs),
102         trait_ref: tcx.impl_trait_ref(impl_def_id).subst(tcx, impl_substs),
103         predicates: tcx.predicates_of(impl_def_id).instantiate(tcx, impl_substs).predicates,
104     };
105
106     let Normalized { value: mut header, obligations } =
107         traits::normalize(selcx, param_env, ObligationCause::dummy(), &header);
108
109     header.predicates.extend(obligations.into_iter().map(|o| o.predicate));
110     header
111 }
112
113 /// Can both impl `a` and impl `b` be satisfied by a common type (including
114 /// where-clauses)? If so, returns an `ImplHeader` that unifies the two impls.
115 fn overlap<'cx, 'gcx, 'tcx>(
116     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'gcx, 'tcx>,
117     a_def_id: DefId,
118     b_def_id: DefId,
119 ) -> Option<OverlapResult<'tcx>> {
120     debug!("overlap(a_def_id={:?}, b_def_id={:?})", a_def_id, b_def_id);
121
122     selcx.infcx().probe(|snapshot| overlap_within_probe(selcx, a_def_id, b_def_id, snapshot))
123 }
124
125 fn overlap_within_probe(
126     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'gcx, 'tcx>,
127     a_def_id: DefId,
128     b_def_id: DefId,
129     snapshot: &CombinedSnapshot<'_, 'tcx>,
130 ) -> Option<OverlapResult<'tcx>> {
131     // For the purposes of this check, we don't bring any placeholder
132     // types into scope; instead, we replace the generic types with
133     // fresh type variables, and hence we do our evaluations in an
134     // empty environment.
135     let param_env = ty::ParamEnv::empty();
136
137     let a_impl_header = with_fresh_ty_vars(selcx, param_env, a_def_id);
138     let b_impl_header = with_fresh_ty_vars(selcx, param_env, b_def_id);
139
140     debug!("overlap: a_impl_header={:?}", a_impl_header);
141     debug!("overlap: b_impl_header={:?}", b_impl_header);
142
143     // Do `a` and `b` unify? If not, no overlap.
144     let obligations = match selcx.infcx().at(&ObligationCause::dummy(), param_env)
145                                          .eq_impl_headers(&a_impl_header, &b_impl_header)
146     {
147         Ok(InferOk { obligations, value: () }) => obligations,
148         Err(_) => return None
149     };
150
151     debug!("overlap: unification check succeeded");
152
153     // Are any of the obligations unsatisfiable? If so, no overlap.
154     let infcx = selcx.infcx();
155     let opt_failing_obligation =
156         a_impl_header.predicates
157                      .iter()
158                      .chain(&b_impl_header.predicates)
159                      .map(|p| infcx.resolve_type_vars_if_possible(p))
160                      .map(|p| Obligation { cause: ObligationCause::dummy(),
161                                            param_env,
162                                            recursion_depth: 0,
163                                            predicate: p })
164                      .chain(obligations)
165                      .find(|o| !selcx.predicate_may_hold_fatal(o));
166     // FIXME: the call to `selcx.predicate_may_hold_fatal` above should be ported
167     // to the canonical trait query form, `infcx.predicate_may_hold`, once
168     // the new system supports intercrate mode (which coherence needs).
169
170     if let Some(failing_obligation) = opt_failing_obligation {
171         debug!("overlap: obligation unsatisfiable {:?}", failing_obligation);
172         return None
173     }
174
175     let impl_header = selcx.infcx().resolve_type_vars_if_possible(&a_impl_header);
176     let intercrate_ambiguity_causes = selcx.take_intercrate_ambiguity_causes();
177     debug!("overlap: intercrate_ambiguity_causes={:#?}", intercrate_ambiguity_causes);
178
179     let involves_placeholder = match selcx.infcx().region_constraints_added_in_snapshot(snapshot) {
180         Some(true) => true,
181         _ => false,
182     };
183
184     Some(OverlapResult { impl_header, intercrate_ambiguity_causes, involves_placeholder })
185 }
186
187 pub fn trait_ref_is_knowable<'a, 'gcx, 'tcx>(tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>,
188                                              trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>)
189                                              -> Option<Conflict>
190 {
191     debug!("trait_ref_is_knowable(trait_ref={:?})", trait_ref);
192     if orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Remote).is_ok() {
193         // A downstream or cousin crate is allowed to implement some
194         // substitution of this trait-ref.
195
196         // A trait can be implementable for a trait ref by both the current
197         // crate and crates downstream of it. Older versions of rustc
198         // were not aware of this, causing incoherence (issue #43355).
199         let used_to_be_broken =
200             orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local).is_ok();
201         if used_to_be_broken {
202             debug!("trait_ref_is_knowable({:?}) - USED TO BE BROKEN", trait_ref);
203         }
204         return Some(Conflict::Downstream { used_to_be_broken });
205     }
206
207     if trait_ref_is_local_or_fundamental(tcx, trait_ref) {
208         // This is a local or fundamental trait, so future-compatibility
209         // is no concern. We know that downstream/cousin crates are not
210         // allowed to implement a substitution of this trait ref, which
211         // means impls could only come from dependencies of this crate,
212         // which we already know about.
213         return None;
214     }
215
216     // This is a remote non-fundamental trait, so if another crate
217     // can be the "final owner" of a substitution of this trait-ref,
218     // they are allowed to implement it future-compatibly.
219     //
220     // However, if we are a final owner, then nobody else can be,
221     // and if we are an intermediate owner, then we don't care
222     // about future-compatibility, which means that we're OK if
223     // we are an owner.
224     if orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local).is_ok() {
225         debug!("trait_ref_is_knowable: orphan check passed");
226         return None;
227     } else {
228         debug!("trait_ref_is_knowable: nonlocal, nonfundamental, unowned");
229         return Some(Conflict::Upstream);
230     }
231 }
232
233 pub fn trait_ref_is_local_or_fundamental<'a, 'gcx, 'tcx>(tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>,
234                                                          trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>)
235                                                          -> bool {
236     trait_ref.def_id.krate == LOCAL_CRATE || tcx.has_attr(trait_ref.def_id, "fundamental")
237 }
238
239 pub enum OrphanCheckErr<'tcx> {
240     NoLocalInputType,
241     UncoveredTy(Ty<'tcx>),
242 }
243
244 /// Checks the coherence orphan rules. `impl_def_id` should be the
245 /// `DefId` of a trait impl. To pass, either the trait must be local, or else
246 /// two conditions must be satisfied:
247 ///
248 /// 1. All type parameters in `Self` must be "covered" by some local type constructor.
249 /// 2. Some local type must appear in `Self`.
250 pub fn orphan_check<'a, 'gcx, 'tcx>(tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>,
251                                     impl_def_id: DefId)
252                                     -> Result<(), OrphanCheckErr<'tcx>>
253 {
254     debug!("orphan_check({:?})", impl_def_id);
255
256     // We only except this routine to be invoked on implementations
257     // of a trait, not inherent implementations.
258     let trait_ref = tcx.impl_trait_ref(impl_def_id).unwrap();
259     debug!("orphan_check: trait_ref={:?}", trait_ref);
260
261     // If the *trait* is local to the crate, ok.
262     if trait_ref.def_id.is_local() {
263         debug!("trait {:?} is local to current crate",
264                trait_ref.def_id);
265         return Ok(());
266     }
267
268     orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local)
269 }
270
271 /// Checks whether a trait-ref is potentially implementable by a crate.
272 ///
273 /// The current rule is that a trait-ref orphan checks in a crate C:
274 ///
275 /// 1. Order the parameters in the trait-ref in subst order - Self first,
276 ///    others linearly (e.g., `<U as Foo<V, W>>` is U < V < W).
277 /// 2. Of these type parameters, there is at least one type parameter
278 ///    in which, walking the type as a tree, you can reach a type local
279 ///    to C where all types in-between are fundamental types. Call the
280 ///    first such parameter the "local key parameter".
281 ///     - e.g., `Box<LocalType>` is OK, because you can visit LocalType
282 ///       going through `Box`, which is fundamental.
283 ///     - similarly, `FundamentalPair<Vec<()>, Box<LocalType>>` is OK for
284 ///       the same reason.
285 ///     - but (knowing that `Vec<T>` is non-fundamental, and assuming it's
286 ///       not local), `Vec<LocalType>` is bad, because `Vec<->` is between
287 ///       the local type and the type parameter.
288 /// 3. Every type parameter before the local key parameter is fully known in C.
289 ///     - e.g., `impl<T> T: Trait<LocalType>` is bad, because `T` might be
290 ///       an unknown type.
291 ///     - but `impl<T> LocalType: Trait<T>` is OK, because `LocalType`
292 ///       occurs before `T`.
293 /// 4. Every type in the local key parameter not known in C, going
294 ///    through the parameter's type tree, must appear only as a subtree of
295 ///    a type local to C, with only fundamental types between the type
296 ///    local to C and the local key parameter.
297 ///     - e.g., `Vec<LocalType<T>>>` (or equivalently `Box<Vec<LocalType<T>>>`)
298 ///     is bad, because the only local type with `T` as a subtree is
299 ///     `LocalType<T>`, and `Vec<->` is between it and the type parameter.
300 ///     - similarly, `FundamentalPair<LocalType<T>, T>` is bad, because
301 ///     the second occurrence of `T` is not a subtree of *any* local type.
302 ///     - however, `LocalType<Vec<T>>` is OK, because `T` is a subtree of
303 ///     `LocalType<Vec<T>>`, which is local and has no types between it and
304 ///     the type parameter.
305 ///
306 /// The orphan rules actually serve several different purposes:
307 ///
308 /// 1. They enable link-safety - i.e., 2 mutually-unknowing crates (where
309 ///    every type local to one crate is unknown in the other) can't implement
310 ///    the same trait-ref. This follows because it can be seen that no such
311 ///    type can orphan-check in 2 such crates.
312 ///
313 ///    To check that a local impl follows the orphan rules, we check it in
314 ///    InCrate::Local mode, using type parameters for the "generic" types.
315 ///
316 /// 2. They ground negative reasoning for coherence. If a user wants to
317 ///    write both a conditional blanket impl and a specific impl, we need to
318 ///    make sure they do not overlap. For example, if we write
319 ///    ```
320 ///    impl<T> IntoIterator for Vec<T>
321 ///    impl<T: Iterator> IntoIterator for T
322 ///    ```
323 ///    We need to be able to prove that `Vec<$0>: !Iterator` for every type $0.
324 ///    We can observe that this holds in the current crate, but we need to make
325 ///    sure this will also hold in all unknown crates (both "independent" crates,
326 ///    which we need for link-safety, and also child crates, because we don't want
327 ///    child crates to get error for impl conflicts in a *dependency*).
328 ///
329 ///    For that, we only allow negative reasoning if, for every assignment to the
330 ///    inference variables, every unknown crate would get an orphan error if they
331 ///    try to implement this trait-ref. To check for this, we use InCrate::Remote
332 ///    mode. That is sound because we already know all the impls from known crates.
333 ///
334 /// 3. For non-#[fundamental] traits, they guarantee that parent crates can
335 ///    add "non-blanket" impls without breaking negative reasoning in dependent
336 ///    crates. This is the "rebalancing coherence" (RFC 1023) restriction.
337 ///
338 ///    For that, we only a allow crate to perform negative reasoning on
339 ///    non-local-non-#[fundamental] only if there's a local key parameter as per (2).
340 ///
341 ///    Because we never perform negative reasoning generically (coherence does
342 ///    not involve type parameters), this can be interpreted as doing the full
343 ///    orphan check (using InCrate::Local mode), substituting non-local known
344 ///    types for all inference variables.
345 ///
346 ///    This allows for crates to future-compatibly add impls as long as they
347 ///    can't apply to types with a key parameter in a child crate - applying
348 ///    the rules, this basically means that every type parameter in the impl
349 ///    must appear behind a non-fundamental type (because this is not a
350 ///    type-system requirement, crate owners might also go for "semantic
351 ///    future-compatibility" involving things such as sealed traits, but
352 ///    the above requirement is sufficient, and is necessary in "open world"
353 ///    cases).
354 ///
355 /// Note that this function is never called for types that have both type
356 /// parameters and inference variables.
357 fn orphan_check_trait_ref<'tcx>(tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>,
358                                 trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
359                                 in_crate: InCrate)
360                                 -> Result<(), OrphanCheckErr<'tcx>>
361 {
362     debug!("orphan_check_trait_ref(trait_ref={:?}, in_crate={:?})",
363            trait_ref, in_crate);
364
365     if trait_ref.needs_infer() && trait_ref.needs_subst() {
366         bug!("can't orphan check a trait ref with both params and inference variables {:?}",
367              trait_ref);
368     }
369
370     if tcx.features().re_rebalance_coherence {
371         // Given impl<P1..=Pn> Trait<T1..=Tn> for T0, an impl is valid only
372         // if at least one of the following is true:
373         //
374         // - Trait is a local trait
375         // (already checked in orphan_check prior to calling this function)
376         // - All of
377         //     - At least one of the types T0..=Tn must be a local type.
378         //      Let Ti be the first such type.
379         //     - No uncovered type parameters P1..=Pn may appear in T0..Ti (excluding Ti)
380         //
381         for input_ty in trait_ref.input_types() {
382             debug!("orphan_check_trait_ref: check ty `{:?}`", input_ty);
383             if ty_is_local(tcx, input_ty, in_crate) {
384                 debug!("orphan_check_trait_ref: ty_is_local `{:?}`", input_ty);
385                 return Ok(());
386             } else if let ty::Param(_) = input_ty.sty {
387                 debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered ty: `{:?}`", input_ty);
388                 return Err(OrphanCheckErr::UncoveredTy(input_ty))
389             }
390         }
391         // If we exit above loop, never found a local type.
392         debug!("orphan_check_trait_ref: no local type");
393         Err(OrphanCheckErr::NoLocalInputType)
394     } else {
395         // First, create an ordered iterator over all the type
396         // parameters to the trait, with the self type appearing
397         // first.  Find the first input type that either references a
398         // type parameter OR some local type.
399         for input_ty in trait_ref.input_types() {
400             if ty_is_local(tcx, input_ty, in_crate) {
401                 debug!("orphan_check_trait_ref: ty_is_local `{:?}`", input_ty);
402
403                 // First local input type. Check that there are no
404                 // uncovered type parameters.
405                 let uncovered_tys = uncovered_tys(tcx, input_ty, in_crate);
406                 for uncovered_ty in uncovered_tys {
407                     if let Some(param) = uncovered_ty.walk()
408                         .find(|t| is_possibly_remote_type(t, in_crate))
409                     {
410                         debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered type `{:?}`", param);
411                         return Err(OrphanCheckErr::UncoveredTy(param));
412                     }
413                 }
414
415                 // OK, found local type, all prior types upheld invariant.
416                 return Ok(());
417             }
418
419             // Otherwise, enforce invariant that there are no type
420             // parameters reachable.
421             if let Some(param) = input_ty.walk()
422                 .find(|t| is_possibly_remote_type(t, in_crate))
423             {
424                 debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered type `{:?}`", param);
425                 return Err(OrphanCheckErr::UncoveredTy(param));
426             }
427         }
428         // If we exit above loop, never found a local type.
429         debug!("orphan_check_trait_ref: no local type");
430         Err(OrphanCheckErr::NoLocalInputType)
431     }
432 }
433
434 fn uncovered_tys<'tcx>(tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>, ty: Ty<'tcx>, in_crate: InCrate)
435                        -> Vec<Ty<'tcx>> {
436     if ty_is_local_constructor(ty, in_crate) {
437         vec![]
438     } else if fundamental_ty(ty) {
439         ty.walk_shallow()
440           .flat_map(|t| uncovered_tys(tcx, t, in_crate))
441           .collect()
442     } else {
443         vec![ty]
444     }
445 }
446
447 fn is_possibly_remote_type(ty: Ty<'_>, _in_crate: InCrate) -> bool {
448     match ty.sty {
449         ty::Projection(..) | ty::Param(..) => true,
450         _ => false,
451     }
452 }
453
454 fn ty_is_local(tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>, ty: Ty<'_>, in_crate: InCrate) -> bool {
455     ty_is_local_constructor(ty, in_crate) ||
456         fundamental_ty(ty) && ty.walk_shallow().any(|t| ty_is_local(tcx, t, in_crate))
457 }
458
459 fn fundamental_ty(ty: Ty<'_>) -> bool {
460     match ty.sty {
461         ty::Ref(..) => true,
462         ty::Adt(def, _) => def.is_fundamental(),
463         _ => false
464     }
465 }
466
467 fn def_id_is_local(def_id: DefId, in_crate: InCrate) -> bool {
468     match in_crate {
469         // The type is local to *this* crate - it will not be
470         // local in any other crate.
471         InCrate::Remote => false,
472         InCrate::Local => def_id.is_local()
473     }
474 }
475
476 fn ty_is_local_constructor(ty: Ty<'_>, in_crate: InCrate) -> bool {
477     debug!("ty_is_local_constructor({:?})", ty);
478
479     match ty.sty {
480         ty::Bool |
481         ty::Char |
482         ty::Int(..) |
483         ty::Uint(..) |
484         ty::Float(..) |
485         ty::Str |
486         ty::FnDef(..) |
487         ty::FnPtr(_) |
488         ty::Array(..) |
489         ty::Slice(..) |
490         ty::RawPtr(..) |
491         ty::Ref(..) |
492         ty::Never |
493         ty::Tuple(..) |
494         ty::Param(..) |
495         ty::Projection(..) => {
496             false
497         }
498
499         ty::Placeholder(..) | ty::Bound(..) | ty::Infer(..) => match in_crate {
500             InCrate::Local => false,
501             // The inference variable might be unified with a local
502             // type in that remote crate.
503             InCrate::Remote => true,
504         },
505
506         ty::Adt(def, _) => def_id_is_local(def.did, in_crate),
507         ty::Foreign(did) => def_id_is_local(did, in_crate),
508
509         ty::Dynamic(ref tt, ..) => {
510             if let Some(principal) = tt.principal() {
511                 def_id_is_local(principal.def_id(), in_crate)
512             } else {
513                 false
514             }
515         }
516
517         ty::Error => true,
518
519         ty::UnnormalizedProjection(..) |
520         ty::Closure(..) |
521         ty::Generator(..) |
522         ty::GeneratorWitness(..) |
523         ty::Opaque(..) => {
524             bug!("ty_is_local invoked on unexpected type: {:?}", ty)
525         }
526     }
527 }