]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc/traits/coherence.rs
Auto merge of #66074 - wesleywiser:test_run_const_prop, r=oli-obk
[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, InferOk};
8 use crate::hir::def_id::{DefId, LOCAL_CRATE};
9 use crate::traits::{self, Normalized, SelectionContext, Obligation, ObligationCause};
10 use crate::traits::IntercrateMode;
11 use crate::traits::select::IntercrateAmbiguityCause;
12 use crate::ty::{self, Ty, TyCtxt};
13 use crate::ty::fold::TypeFoldable;
14 use crate::ty::subst::Subst;
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!("overlapping_impls(\
64            impl1_def_id={:?}, \
65            impl2_def_id={:?},
66            intercrate_mode={:?})",
67            impl1_def_id,
68            impl2_def_id,
69            intercrate_mode);
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.infcx().at(&ObligationCause::dummy(), param_env)
144                                          .eq_impl_headers(&a_impl_header, &b_impl_header)
145     {
146         Ok(InferOk { obligations, value: () }) => obligations,
147         Err(_) => return None
148     };
149
150     debug!("overlap: unification check succeeded");
151
152     // Are any of the obligations unsatisfiable? If so, no overlap.
153     let infcx = selcx.infcx();
154     let opt_failing_obligation =
155         a_impl_header.predicates
156                      .iter()
157                      .chain(&b_impl_header.predicates)
158                      .map(|p| infcx.resolve_vars_if_possible(p))
159                      .map(|p| Obligation { cause: ObligationCause::dummy(),
160                                            param_env,
161                                            recursion_depth: 0,
162                                            predicate: p })
163                      .chain(obligations)
164                      .find(|o| !selcx.predicate_may_hold_fatal(o));
165     // FIXME: the call to `selcx.predicate_may_hold_fatal` above should be ported
166     // to the canonical trait query form, `infcx.predicate_may_hold`, once
167     // the new system supports intercrate mode (which coherence needs).
168
169     if let Some(failing_obligation) = opt_failing_obligation {
170         debug!("overlap: obligation unsatisfiable {:?}", failing_obligation);
171         return None
172     }
173
174     let impl_header = selcx.infcx().resolve_vars_if_possible(&a_impl_header);
175     let intercrate_ambiguity_causes = selcx.take_intercrate_ambiguity_causes();
176     debug!("overlap: intercrate_ambiguity_causes={:#?}", intercrate_ambiguity_causes);
177
178     let involves_placeholder = match selcx.infcx().region_constraints_added_in_snapshot(snapshot) {
179         Some(true) => true,
180         _ => false,
181     };
182
183     Some(OverlapResult { impl_header, intercrate_ambiguity_causes, involves_placeholder })
184 }
185
186 pub fn trait_ref_is_knowable<'tcx>(
187     tcx: TyCtxt<'tcx>,
188     trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
189 ) -> Option<Conflict> {
190     debug!("trait_ref_is_knowable(trait_ref={:?})", trait_ref);
191     if orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Remote).is_ok() {
192         // A downstream or cousin crate is allowed to implement some
193         // substitution of this trait-ref.
194
195         // A trait can be implementable for a trait ref by both the current
196         // crate and crates downstream of it. Older versions of rustc
197         // were not aware of this, causing incoherence (issue #43355).
198         let used_to_be_broken =
199             orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local).is_ok();
200         if used_to_be_broken {
201             debug!("trait_ref_is_knowable({:?}) - USED TO BE BROKEN", trait_ref);
202         }
203         return Some(Conflict::Downstream { used_to_be_broken });
204     }
205
206     if trait_ref_is_local_or_fundamental(tcx, trait_ref) {
207         // This is a local or fundamental trait, so future-compatibility
208         // is no concern. We know that downstream/cousin crates are not
209         // allowed to implement a substitution of this trait ref, which
210         // means impls could only come from dependencies of this crate,
211         // which we already know about.
212         return None;
213     }
214
215     // This is a remote non-fundamental trait, so if another crate
216     // can be the "final owner" of a substitution of this trait-ref,
217     // they are allowed to implement it future-compatibly.
218     //
219     // However, if we are a final owner, then nobody else can be,
220     // and if we are an intermediate owner, then we don't care
221     // about future-compatibility, which means that we're OK if
222     // we are an owner.
223     if orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local).is_ok() {
224         debug!("trait_ref_is_knowable: orphan check passed");
225         return None;
226     } else {
227         debug!("trait_ref_is_knowable: nonlocal, nonfundamental, unowned");
228         return Some(Conflict::Upstream);
229     }
230 }
231
232 pub fn trait_ref_is_local_or_fundamental<'tcx>(
233     tcx: TyCtxt<'tcx>,
234     trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
235 ) -> bool {
236     trait_ref.def_id.krate == LOCAL_CRATE || tcx.has_attr(trait_ref.def_id, sym::fundamental)
237 }
238
239 pub enum OrphanCheckErr<'tcx> {
240     NonLocalInputType(Vec<(Ty<'tcx>, bool /* Is this the first input type? */)>),
241     UncoveredTy(Ty<'tcx>, Option<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(
251     tcx: TyCtxt<'_>,
252     impl_def_id: DefId,
253 ) -> 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",
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>(
358     tcx: TyCtxt<'tcx>,
359     trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
360     in_crate: InCrate,
361 ) -> Result<(), OrphanCheckErr<'tcx>> {
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     // 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(tcx, 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 trait_ref
394         .input_types()
395         .flat_map(|ty| uncover_fundamental_ty(tcx, ty, in_crate))
396         .enumerate()
397     {
398         debug!("orphan_check_trait_ref: check ty `{:?}`", input_ty);
399         let non_local_tys = ty_is_non_local(tcx, input_ty, in_crate);
400         if non_local_tys.is_none() {
401             debug!("orphan_check_trait_ref: ty_is_local `{:?}`", input_ty);
402             return Ok(());
403         } else if let ty::Param(_) = input_ty.kind {
404             debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered ty: `{:?}`", input_ty);
405             let local_type = trait_ref
406                 .input_types()
407                 .flat_map(|ty| uncover_fundamental_ty(tcx, ty, in_crate))
408                 .filter(|ty| ty_is_non_local_constructor(tcx, ty, in_crate).is_none())
409                 .next();
410
411             debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered ty local_type: `{:?}`", local_type);
412
413             return Err(OrphanCheckErr::UncoveredTy(input_ty, local_type))
414         }
415         if let Some(non_local_tys) = non_local_tys {
416             for input_ty in non_local_tys {
417                 non_local_spans.push((input_ty, i == 0));
418             }
419         }
420     }
421     // If we exit above loop, never found a local type.
422     debug!("orphan_check_trait_ref: no local type");
423     Err(OrphanCheckErr::NonLocalInputType(non_local_spans))
424 }
425
426 fn ty_is_non_local<'t>(tcx: TyCtxt<'t>, ty: Ty<'t>, in_crate: InCrate) -> Option<Vec<Ty<'t>>> {
427     match ty_is_non_local_constructor(tcx, ty, in_crate) {
428         Some(ty) => if !fundamental_ty(ty) {
429             Some(vec![ty])
430         } else {
431             let tys: Vec<_> = ty.walk_shallow()
432                 .filter_map(|t| ty_is_non_local(tcx, t, in_crate))
433                 .flat_map(|i| i)
434                 .collect();
435             if tys.is_empty() {
436                 None
437             } else {
438                 Some(tys)
439             }
440         },
441         None => None,
442     }
443 }
444
445 fn fundamental_ty(ty: Ty<'_>) -> bool {
446     match ty.kind {
447         ty::Ref(..) => true,
448         ty::Adt(def, _) => def.is_fundamental(),
449         _ => false
450     }
451 }
452
453 fn def_id_is_local(def_id: DefId, in_crate: InCrate) -> bool {
454     match in_crate {
455         // The type is local to *this* crate - it will not be
456         // local in any other crate.
457         InCrate::Remote => false,
458         InCrate::Local => def_id.is_local()
459     }
460 }
461
462 fn ty_is_non_local_constructor<'tcx>(
463     tcx: TyCtxt<'tcx>,
464     ty: Ty<'tcx>,
465     in_crate: InCrate,
466 ) -> Option<Ty<'tcx>> {
467     debug!("ty_is_non_local_constructor({:?})", ty);
468
469     match ty.kind {
470         ty::Bool |
471         ty::Char |
472         ty::Int(..) |
473         ty::Uint(..) |
474         ty::Float(..) |
475         ty::Str |
476         ty::FnDef(..) |
477         ty::FnPtr(_) |
478         ty::Array(..) |
479         ty::Slice(..) |
480         ty::RawPtr(..) |
481         ty::Ref(..) |
482         ty::Never |
483         ty::Tuple(..) |
484         ty::Param(..) |
485         ty::Projection(..) => {
486             Some(ty)
487         }
488
489         ty::Placeholder(..) | ty::Bound(..) | ty::Infer(..) => match in_crate {
490             InCrate::Local => Some(ty),
491             // The inference variable might be unified with a local
492             // type in that remote crate.
493             InCrate::Remote => None,
494         },
495
496         ty::Adt(def, _) => if def_id_is_local(def.did, in_crate) {
497             None
498         } else {
499             Some(ty)
500         },
501         ty::Foreign(did) => if def_id_is_local(did, in_crate) {
502             None
503         } else {
504             Some(ty)
505         },
506         ty::Opaque(did, _) => {
507             // Check the underlying type that this opaque
508             // type resolves to.
509             // This recursion will eventually terminate,
510             // since we've already managed to successfully
511             // resolve all opaque types by this point
512             let real_ty = tcx.type_of(did);
513             ty_is_non_local_constructor(tcx, real_ty, in_crate)
514         }
515
516         ty::Dynamic(ref tt, ..) => {
517             if let Some(principal) = tt.principal() {
518                 if def_id_is_local(principal.def_id(), in_crate) {
519                     None
520                 } else {
521                     Some(ty)
522                 }
523             } else {
524                 Some(ty)
525             }
526         }
527
528         ty::Error => None,
529
530         ty::UnnormalizedProjection(..) |
531         ty::Closure(..) |
532         ty::Generator(..) |
533         ty::GeneratorWitness(..) => {
534             bug!("ty_is_local invoked on unexpected type: {:?}", ty)
535         }
536     }
537 }