]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc/traits/coherence.rs
Rollup merge of #67543 - JohnTitor:regression-tests, r=Centril
[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::hir::def_id::{DefId, LOCAL_CRATE};
8 use crate::infer::{CombinedSnapshot, InferOk};
9 use crate::traits::select::IntercrateAmbiguityCause;
10 use crate::traits::IntercrateMode;
11 use crate::traits::{self, Normalized, Obligation, ObligationCause, SelectionContext};
12 use crate::ty::fold::TypeFoldable;
13 use crate::ty::subst::Subst;
14 use crate::ty::{self, Ty, TyCtxt};
15 use syntax::symbol::sym;
16 use syntax_pos::DUMMY_SP;
17
18 /// Whether we do the orphan check relative to this crate or
19 /// to some remote crate.
20 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
21 enum InCrate {
22     Local,
23     Remote,
24 }
25
26 #[derive(Debug, Copy, Clone)]
27 pub enum Conflict {
28     Upstream,
29     Downstream { used_to_be_broken: bool },
30 }
31
32 pub struct OverlapResult<'tcx> {
33     pub impl_header: ty::ImplHeader<'tcx>,
34     pub intercrate_ambiguity_causes: Vec<IntercrateAmbiguityCause>,
35
36     /// `true` if the overlap might've been permitted before the shift
37     /// to universes.
38     pub involves_placeholder: bool,
39 }
40
41 pub fn add_placeholder_note(err: &mut errors::DiagnosticBuilder<'_>) {
42     err.note(&format!(
43         "this behavior recently changed as a result of a bug fix; \
44          see rust-lang/rust#56105 for details"
45     ));
46 }
47
48 /// If there are types that satisfy both impls, invokes `on_overlap`
49 /// with a suitably-freshened `ImplHeader` with those types
50 /// substituted. Otherwise, invokes `no_overlap`.
51 pub fn overlapping_impls<F1, F2, R>(
52     tcx: TyCtxt<'_>,
53     impl1_def_id: DefId,
54     impl2_def_id: DefId,
55     intercrate_mode: IntercrateMode,
56     on_overlap: F1,
57     no_overlap: F2,
58 ) -> R
59 where
60     F1: FnOnce(OverlapResult<'_>) -> R,
61     F2: FnOnce() -> R,
62 {
63     debug!(
64         "overlapping_impls(\
65            impl1_def_id={:?}, \
66            impl2_def_id={:?},
67            intercrate_mode={:?})",
68         impl1_def_id, impl2_def_id, intercrate_mode
69     );
70
71     let overlaps = tcx.infer_ctxt().enter(|infcx| {
72         let selcx = &mut SelectionContext::intercrate(&infcx, intercrate_mode);
73         overlap(selcx, impl1_def_id, impl2_def_id).is_some()
74     });
75
76     if !overlaps {
77         return no_overlap();
78     }
79
80     // In the case where we detect an error, run the check again, but
81     // this time tracking intercrate ambuiguity causes for better
82     // diagnostics. (These take time and can lead to false errors.)
83     tcx.infer_ctxt().enter(|infcx| {
84         let selcx = &mut SelectionContext::intercrate(&infcx, intercrate_mode);
85         selcx.enable_tracking_intercrate_ambiguity_causes();
86         on_overlap(overlap(selcx, impl1_def_id, impl2_def_id).unwrap())
87     })
88 }
89
90 fn with_fresh_ty_vars<'cx, 'tcx>(
91     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
92     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
93     impl_def_id: DefId,
94 ) -> ty::ImplHeader<'tcx> {
95     let tcx = selcx.tcx();
96     let impl_substs = selcx.infcx().fresh_substs_for_item(DUMMY_SP, impl_def_id);
97
98     let header = ty::ImplHeader {
99         impl_def_id,
100         self_ty: tcx.type_of(impl_def_id).subst(tcx, impl_substs),
101         trait_ref: tcx.impl_trait_ref(impl_def_id).subst(tcx, impl_substs),
102         predicates: tcx.predicates_of(impl_def_id).instantiate(tcx, impl_substs).predicates,
103     };
104
105     let Normalized { value: mut header, obligations } =
106         traits::normalize(selcx, param_env, ObligationCause::dummy(), &header);
107
108     header.predicates.extend(obligations.into_iter().map(|o| o.predicate));
109     header
110 }
111
112 /// Can both impl `a` and impl `b` be satisfied by a common type (including
113 /// where-clauses)? If so, returns an `ImplHeader` that unifies the two impls.
114 fn overlap<'cx, 'tcx>(
115     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
116     a_def_id: DefId,
117     b_def_id: DefId,
118 ) -> Option<OverlapResult<'tcx>> {
119     debug!("overlap(a_def_id={:?}, b_def_id={:?})", a_def_id, b_def_id);
120
121     selcx.infcx().probe(|snapshot| overlap_within_probe(selcx, a_def_id, b_def_id, snapshot))
122 }
123
124 fn overlap_within_probe(
125     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
126     a_def_id: DefId,
127     b_def_id: DefId,
128     snapshot: &CombinedSnapshot<'_, 'tcx>,
129 ) -> Option<OverlapResult<'tcx>> {
130     // For the purposes of this check, we don't bring any placeholder
131     // types into scope; instead, we replace the generic types with
132     // fresh type variables, and hence we do our evaluations in an
133     // empty environment.
134     let param_env = ty::ParamEnv::empty();
135
136     let a_impl_header = with_fresh_ty_vars(selcx, param_env, a_def_id);
137     let b_impl_header = with_fresh_ty_vars(selcx, param_env, b_def_id);
138
139     debug!("overlap: a_impl_header={:?}", a_impl_header);
140     debug!("overlap: b_impl_header={:?}", b_impl_header);
141
142     // Do `a` and `b` unify? If not, no overlap.
143     let obligations = match selcx
144         .infcx()
145         .at(&ObligationCause::dummy(), param_env)
146         .eq_impl_headers(&a_impl_header, &b_impl_header)
147     {
148         Ok(InferOk { obligations, value: () }) => obligations,
149         Err(_) => return None,
150     };
151
152     debug!("overlap: unification check succeeded");
153
154     // Are any of the obligations unsatisfiable? If so, no overlap.
155     let infcx = selcx.infcx();
156     let opt_failing_obligation = a_impl_header
157         .predicates
158         .iter()
159         .chain(&b_impl_header.predicates)
160         .map(|p| infcx.resolve_vars_if_possible(p))
161         .map(|p| Obligation {
162             cause: ObligationCause::dummy(),
163             param_env,
164             recursion_depth: 0,
165             predicate: p,
166         })
167         .chain(obligations)
168         .find(|o| !selcx.predicate_may_hold_fatal(o));
169     // FIXME: the call to `selcx.predicate_may_hold_fatal` above should be ported
170     // to the canonical trait query form, `infcx.predicate_may_hold`, once
171     // the new system supports intercrate mode (which coherence needs).
172
173     if let Some(failing_obligation) = opt_failing_obligation {
174         debug!("overlap: obligation unsatisfiable {:?}", failing_obligation);
175         return None;
176     }
177
178     let impl_header = selcx.infcx().resolve_vars_if_possible(&a_impl_header);
179     let intercrate_ambiguity_causes = selcx.take_intercrate_ambiguity_causes();
180     debug!("overlap: intercrate_ambiguity_causes={:#?}", intercrate_ambiguity_causes);
181
182     let involves_placeholder = match selcx.infcx().region_constraints_added_in_snapshot(snapshot) {
183         Some(true) => true,
184         _ => false,
185     };
186
187     Some(OverlapResult { impl_header, intercrate_ambiguity_causes, involves_placeholder })
188 }
189
190 pub fn trait_ref_is_knowable<'tcx>(
191     tcx: TyCtxt<'tcx>,
192     trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
193 ) -> Option<Conflict> {
194     debug!("trait_ref_is_knowable(trait_ref={:?})", trait_ref);
195     if orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Remote).is_ok() {
196         // A downstream or cousin crate is allowed to implement some
197         // substitution of this trait-ref.
198
199         // A trait can be implementable for a trait ref by both the current
200         // crate and crates downstream of it. Older versions of rustc
201         // were not aware of this, causing incoherence (issue #43355).
202         let used_to_be_broken = orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local).is_ok();
203         if used_to_be_broken {
204             debug!("trait_ref_is_knowable({:?}) - USED TO BE BROKEN", trait_ref);
205         }
206         return Some(Conflict::Downstream { used_to_be_broken });
207     }
208
209     if trait_ref_is_local_or_fundamental(tcx, trait_ref) {
210         // This is a local or fundamental trait, so future-compatibility
211         // is no concern. We know that downstream/cousin crates are not
212         // allowed to implement a substitution of this trait ref, which
213         // means impls could only come from dependencies of this crate,
214         // which we already know about.
215         return None;
216     }
217
218     // This is a remote non-fundamental trait, so if another crate
219     // can be the "final owner" of a substitution of this trait-ref,
220     // they are allowed to implement it future-compatibly.
221     //
222     // However, if we are a final owner, then nobody else can be,
223     // and if we are an intermediate owner, then we don't care
224     // about future-compatibility, which means that we're OK if
225     // we are an owner.
226     if orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local).is_ok() {
227         debug!("trait_ref_is_knowable: orphan check passed");
228         return None;
229     } else {
230         debug!("trait_ref_is_knowable: nonlocal, nonfundamental, unowned");
231         return Some(Conflict::Upstream);
232     }
233 }
234
235 pub fn trait_ref_is_local_or_fundamental<'tcx>(
236     tcx: TyCtxt<'tcx>,
237     trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
238 ) -> bool {
239     trait_ref.def_id.krate == LOCAL_CRATE || tcx.has_attr(trait_ref.def_id, sym::fundamental)
240 }
241
242 pub enum OrphanCheckErr<'tcx> {
243     NonLocalInputType(Vec<(Ty<'tcx>, bool /* Is this the first input type? */)>),
244     UncoveredTy(Ty<'tcx>, Option<Ty<'tcx>>),
245 }
246
247 /// Checks the coherence orphan rules. `impl_def_id` should be the
248 /// `DefId` of a trait impl. To pass, either the trait must be local, or else
249 /// two conditions must be satisfied:
250 ///
251 /// 1. All type parameters in `Self` must be "covered" by some local type constructor.
252 /// 2. Some local type must appear in `Self`.
253 pub fn orphan_check(tcx: TyCtxt<'_>, impl_def_id: DefId) -> Result<(), OrphanCheckErr<'_>> {
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", trait_ref.def_id);
264         return Ok(());
265     }
266
267     orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local)
268 }
269
270 /// Checks whether a trait-ref is potentially implementable by a crate.
271 ///
272 /// The current rule is that a trait-ref orphan checks in a crate C:
273 ///
274 /// 1. Order the parameters in the trait-ref in subst order - Self first,
275 ///    others linearly (e.g., `<U as Foo<V, W>>` is U < V < W).
276 /// 2. Of these type parameters, there is at least one type parameter
277 ///    in which, walking the type as a tree, you can reach a type local
278 ///    to C where all types in-between are fundamental types. Call the
279 ///    first such parameter the "local key parameter".
280 ///     - e.g., `Box<LocalType>` is OK, because you can visit LocalType
281 ///       going through `Box`, which is fundamental.
282 ///     - similarly, `FundamentalPair<Vec<()>, Box<LocalType>>` is OK for
283 ///       the same reason.
284 ///     - but (knowing that `Vec<T>` is non-fundamental, and assuming it's
285 ///       not local), `Vec<LocalType>` is bad, because `Vec<->` is between
286 ///       the local type and the type parameter.
287 /// 3. Every type parameter before the local key parameter is fully known in C.
288 ///     - e.g., `impl<T> T: Trait<LocalType>` is bad, because `T` might be
289 ///       an unknown type.
290 ///     - but `impl<T> LocalType: Trait<T>` is OK, because `LocalType`
291 ///       occurs before `T`.
292 /// 4. Every type in the local key parameter not known in C, going
293 ///    through the parameter's type tree, must appear only as a subtree of
294 ///    a type local to C, with only fundamental types between the type
295 ///    local to C and the local key parameter.
296 ///     - e.g., `Vec<LocalType<T>>>` (or equivalently `Box<Vec<LocalType<T>>>`)
297 ///     is bad, because the only local type with `T` as a subtree is
298 ///     `LocalType<T>`, and `Vec<->` is between it and the type parameter.
299 ///     - similarly, `FundamentalPair<LocalType<T>, T>` is bad, because
300 ///     the second occurrence of `T` is not a subtree of *any* local type.
301 ///     - however, `LocalType<Vec<T>>` is OK, because `T` is a subtree of
302 ///     `LocalType<Vec<T>>`, which is local and has no types between it and
303 ///     the type parameter.
304 ///
305 /// The orphan rules actually serve several different purposes:
306 ///
307 /// 1. They enable link-safety - i.e., 2 mutually-unknowing crates (where
308 ///    every type local to one crate is unknown in the other) can't implement
309 ///    the same trait-ref. This follows because it can be seen that no such
310 ///    type can orphan-check in 2 such crates.
311 ///
312 ///    To check that a local impl follows the orphan rules, we check it in
313 ///    InCrate::Local mode, using type parameters for the "generic" types.
314 ///
315 /// 2. They ground negative reasoning for coherence. If a user wants to
316 ///    write both a conditional blanket impl and a specific impl, we need to
317 ///    make sure they do not overlap. For example, if we write
318 ///    ```
319 ///    impl<T> IntoIterator for Vec<T>
320 ///    impl<T: Iterator> IntoIterator for T
321 ///    ```
322 ///    We need to be able to prove that `Vec<$0>: !Iterator` for every type $0.
323 ///    We can observe that this holds in the current crate, but we need to make
324 ///    sure this will also hold in all unknown crates (both "independent" crates,
325 ///    which we need for link-safety, and also child crates, because we don't want
326 ///    child crates to get error for impl conflicts in a *dependency*).
327 ///
328 ///    For that, we only allow negative reasoning if, for every assignment to the
329 ///    inference variables, every unknown crate would get an orphan error if they
330 ///    try to implement this trait-ref. To check for this, we use InCrate::Remote
331 ///    mode. That is sound because we already know all the impls from known crates.
332 ///
333 /// 3. For non-#[fundamental] traits, they guarantee that parent crates can
334 ///    add "non-blanket" impls without breaking negative reasoning in dependent
335 ///    crates. This is the "rebalancing coherence" (RFC 1023) restriction.
336 ///
337 ///    For that, we only a allow crate to perform negative reasoning on
338 ///    non-local-non-#[fundamental] only if there's a local key parameter as per (2).
339 ///
340 ///    Because we never perform negative reasoning generically (coherence does
341 ///    not involve type parameters), this can be interpreted as doing the full
342 ///    orphan check (using InCrate::Local mode), substituting non-local known
343 ///    types for all inference variables.
344 ///
345 ///    This allows for crates to future-compatibly add impls as long as they
346 ///    can't apply to types with a key parameter in a child crate - applying
347 ///    the rules, this basically means that every type parameter in the impl
348 ///    must appear behind a non-fundamental type (because this is not a
349 ///    type-system requirement, crate owners might also go for "semantic
350 ///    future-compatibility" involving things such as sealed traits, but
351 ///    the above requirement is sufficient, and is necessary in "open world"
352 ///    cases).
353 ///
354 /// Note that this function is never called for types that have both type
355 /// parameters and inference variables.
356 fn orphan_check_trait_ref<'tcx>(
357     tcx: TyCtxt<'tcx>,
358     trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
359     in_crate: InCrate,
360 ) -> Result<(), OrphanCheckErr<'tcx>> {
361     debug!("orphan_check_trait_ref(trait_ref={:?}, in_crate={:?})", trait_ref, in_crate);
362
363     if trait_ref.needs_infer() && trait_ref.needs_subst() {
364         bug!(
365             "can't orphan check a trait ref with both params and inference variables {:?}",
366             trait_ref
367         );
368     }
369
370     // Given impl<P1..=Pn> Trait<T1..=Tn> for T0, an impl is valid only
371     // if at least one of the following is true:
372     //
373     // - Trait is a local trait
374     // (already checked in orphan_check prior to calling this function)
375     // - All of
376     //     - At least one of the types T0..=Tn must be a local type.
377     //      Let Ti be the first such type.
378     //     - No uncovered type parameters P1..=Pn may appear in T0..Ti (excluding Ti)
379     //
380     fn uncover_fundamental_ty<'tcx>(
381         tcx: TyCtxt<'tcx>,
382         ty: Ty<'tcx>,
383         in_crate: InCrate,
384     ) -> Vec<Ty<'tcx>> {
385         if fundamental_ty(ty) && ty_is_non_local(ty, in_crate).is_some() {
386             ty.walk_shallow().flat_map(|ty| uncover_fundamental_ty(tcx, ty, in_crate)).collect()
387         } else {
388             vec![ty]
389         }
390     }
391
392     let mut non_local_spans = vec![];
393     for (i, input_ty) in
394         trait_ref.input_types().flat_map(|ty| uncover_fundamental_ty(tcx, ty, in_crate)).enumerate()
395     {
396         debug!("orphan_check_trait_ref: check ty `{:?}`", input_ty);
397         let non_local_tys = ty_is_non_local(input_ty, in_crate);
398         if non_local_tys.is_none() {
399             debug!("orphan_check_trait_ref: ty_is_local `{:?}`", input_ty);
400             return Ok(());
401         } else if let ty::Param(_) = input_ty.kind {
402             debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered ty: `{:?}`", input_ty);
403             let local_type = trait_ref
404                 .input_types()
405                 .flat_map(|ty| uncover_fundamental_ty(tcx, ty, in_crate))
406                 .filter(|ty| ty_is_non_local_constructor(ty, in_crate).is_none())
407                 .next();
408
409             debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered ty local_type: `{:?}`", local_type);
410
411             return Err(OrphanCheckErr::UncoveredTy(input_ty, local_type));
412         }
413         if let Some(non_local_tys) = non_local_tys {
414             for input_ty in non_local_tys {
415                 non_local_spans.push((input_ty, i == 0));
416             }
417         }
418     }
419     // If we exit above loop, never found a local type.
420     debug!("orphan_check_trait_ref: no local type");
421     Err(OrphanCheckErr::NonLocalInputType(non_local_spans))
422 }
423
424 fn ty_is_non_local<'t>(ty: Ty<'t>, in_crate: InCrate) -> Option<Vec<Ty<'t>>> {
425     match ty_is_non_local_constructor(ty, in_crate) {
426         Some(ty) => {
427             if !fundamental_ty(ty) {
428                 Some(vec![ty])
429             } else {
430                 let tys: Vec<_> = ty
431                     .walk_shallow()
432                     .filter_map(|t| ty_is_non_local(t, in_crate))
433                     .flat_map(|i| i)
434                     .collect();
435                 if tys.is_empty() { None } else { Some(tys) }
436             }
437         }
438         None => None,
439     }
440 }
441
442 fn fundamental_ty(ty: Ty<'_>) -> bool {
443     match ty.kind {
444         ty::Ref(..) => true,
445         ty::Adt(def, _) => def.is_fundamental(),
446         _ => false,
447     }
448 }
449
450 fn def_id_is_local(def_id: DefId, in_crate: InCrate) -> bool {
451     match in_crate {
452         // The type is local to *this* crate - it will not be
453         // local in any other crate.
454         InCrate::Remote => false,
455         InCrate::Local => def_id.is_local(),
456     }
457 }
458
459 fn ty_is_non_local_constructor<'tcx>(ty: Ty<'tcx>, in_crate: InCrate) -> Option<Ty<'tcx>> {
460     debug!("ty_is_non_local_constructor({:?})", ty);
461
462     match ty.kind {
463         ty::Bool
464         | ty::Char
465         | ty::Int(..)
466         | ty::Uint(..)
467         | ty::Float(..)
468         | ty::Str
469         | ty::FnDef(..)
470         | ty::FnPtr(_)
471         | ty::Array(..)
472         | ty::Slice(..)
473         | ty::RawPtr(..)
474         | ty::Ref(..)
475         | ty::Never
476         | ty::Tuple(..)
477         | ty::Param(..)
478         | ty::Projection(..) => Some(ty),
479
480         ty::Placeholder(..) | ty::Bound(..) | ty::Infer(..) => match in_crate {
481             InCrate::Local => Some(ty),
482             // The inference variable might be unified with a local
483             // type in that remote crate.
484             InCrate::Remote => None,
485         },
486
487         ty::Adt(def, _) => {
488             if def_id_is_local(def.did, in_crate) {
489                 None
490             } else {
491                 Some(ty)
492             }
493         }
494         ty::Foreign(did) => {
495             if def_id_is_local(did, in_crate) {
496                 None
497             } else {
498                 Some(ty)
499             }
500         }
501         ty::Opaque(..) => {
502             // This merits some explanation.
503             // Normally, opaque types are not involed when performing
504             // coherence checking, since it is illegal to directly
505             // implement a trait on an opaque type. However, we might
506             // end up looking at an opaque type during coherence checking
507             // if an opaque type gets used within another type (e.g. as
508             // a type parameter). This requires us to decide whether or
509             // not an opaque type should be considered 'local' or not.
510             //
511             // We choose to treat all opaque types as non-local, even
512             // those that appear within the same crate. This seems
513             // somewhat suprising at first, but makes sense when
514             // you consider that opaque types are supposed to hide
515             // the underlying type *within the same crate*. When an
516             // opaque type is used from outside the module
517             // where it is declared, it should be impossible to observe
518             // anyything about it other than the traits that it implements.
519             //
520             // The alternative would be to look at the underlying type
521             // to determine whether or not the opaque type itself should
522             // be considered local. However, this could make it a breaking change
523             // to switch the underlying ('defining') type from a local type
524             // to a remote type. This would violate the rule that opaque
525             // types should be completely opaque apart from the traits
526             // that they implement, so we don't use this behavior.
527             Some(ty)
528         }
529
530         ty::Dynamic(ref tt, ..) => {
531             if let Some(principal) = tt.principal() {
532                 if def_id_is_local(principal.def_id(), in_crate) { None } else { Some(ty) }
533             } else {
534                 Some(ty)
535             }
536         }
537
538         ty::Error => None,
539
540         ty::UnnormalizedProjection(..)
541         | ty::Closure(..)
542         | ty::Generator(..)
543         | ty::GeneratorWitness(..) => bug!("ty_is_local invoked on unexpected type: {:?}", ty),
544     }
545 }