]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc/traits/coherence.rs
Rollup merge of #61029 - blkerby:minimum_spanning_tree, r=alexcrichton
[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<'gcx, F1, F2, R>(
52     tcx: TyCtxt<'_, 'gcx, 'gcx>,
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, 'gcx, 'tcx>(selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'gcx, 'tcx>,
91                                        param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
92                                        impl_def_id: DefId)
93                                        -> ty::ImplHeader<'tcx>
94 {
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, 'gcx, 'tcx>(
115     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'gcx, '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, 'gcx, '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_type_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_type_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<'a, 'gcx, 'tcx>(tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>,
187                                              trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>)
188                                              -> Option<Conflict>
189 {
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<'a, 'gcx, 'tcx>(tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>,
233                                                          trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>)
234                                                          -> bool {
235     trait_ref.def_id.krate == LOCAL_CRATE || tcx.has_attr(trait_ref.def_id, sym::fundamental)
236 }
237
238 pub enum OrphanCheckErr<'tcx> {
239     NoLocalInputType,
240     UncoveredTy(Ty<'tcx>),
241 }
242
243 /// Checks the coherence orphan rules. `impl_def_id` should be the
244 /// `DefId` of a trait impl. To pass, either the trait must be local, or else
245 /// two conditions must be satisfied:
246 ///
247 /// 1. All type parameters in `Self` must be "covered" by some local type constructor.
248 /// 2. Some local type must appear in `Self`.
249 pub fn orphan_check<'a, 'gcx, 'tcx>(tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>,
250                                     impl_def_id: DefId)
251                                     -> Result<(), OrphanCheckErr<'tcx>>
252 {
253     debug!("orphan_check({:?})", impl_def_id);
254
255     // We only except this routine to be invoked on implementations
256     // of a trait, not inherent implementations.
257     let trait_ref = tcx.impl_trait_ref(impl_def_id).unwrap();
258     debug!("orphan_check: trait_ref={:?}", trait_ref);
259
260     // If the *trait* is local to the crate, ok.
261     if trait_ref.def_id.is_local() {
262         debug!("trait {:?} is local to current crate",
263                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>(tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>,
357                                 trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
358                                 in_crate: InCrate)
359                                 -> Result<(), OrphanCheckErr<'tcx>>
360 {
361     debug!("orphan_check_trait_ref(trait_ref={:?}, in_crate={:?})",
362            trait_ref, in_crate);
363
364     if trait_ref.needs_infer() && trait_ref.needs_subst() {
365         bug!("can't orphan check a trait ref with both params and inference variables {:?}",
366              trait_ref);
367     }
368
369     if tcx.features().re_rebalance_coherence {
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         for input_ty in trait_ref.input_types() {
381             debug!("orphan_check_trait_ref: check ty `{:?}`", input_ty);
382             if ty_is_local(tcx, input_ty, in_crate) {
383                 debug!("orphan_check_trait_ref: ty_is_local `{:?}`", input_ty);
384                 return Ok(());
385             } else if let ty::Param(_) = input_ty.sty {
386                 debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered ty: `{:?}`", input_ty);
387                 return Err(OrphanCheckErr::UncoveredTy(input_ty))
388             }
389         }
390         // If we exit above loop, never found a local type.
391         debug!("orphan_check_trait_ref: no local type");
392         Err(OrphanCheckErr::NoLocalInputType)
393     } else {
394         // First, create an ordered iterator over all the type
395         // parameters to the trait, with the self type appearing
396         // first.  Find the first input type that either references a
397         // type parameter OR some local type.
398         for input_ty in trait_ref.input_types() {
399             if ty_is_local(tcx, input_ty, in_crate) {
400                 debug!("orphan_check_trait_ref: ty_is_local `{:?}`", input_ty);
401
402                 // First local input type. Check that there are no
403                 // uncovered type parameters.
404                 let uncovered_tys = uncovered_tys(tcx, input_ty, in_crate);
405                 for uncovered_ty in uncovered_tys {
406                     if let Some(param) = uncovered_ty.walk()
407                         .find(|t| is_possibly_remote_type(t, in_crate))
408                     {
409                         debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered type `{:?}`", param);
410                         return Err(OrphanCheckErr::UncoveredTy(param));
411                     }
412                 }
413
414                 // OK, found local type, all prior types upheld invariant.
415                 return Ok(());
416             }
417
418             // Otherwise, enforce invariant that there are no type
419             // parameters reachable.
420             if let Some(param) = input_ty.walk()
421                 .find(|t| is_possibly_remote_type(t, in_crate))
422             {
423                 debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered type `{:?}`", param);
424                 return Err(OrphanCheckErr::UncoveredTy(param));
425             }
426         }
427         // If we exit above loop, never found a local type.
428         debug!("orphan_check_trait_ref: no local type");
429         Err(OrphanCheckErr::NoLocalInputType)
430     }
431 }
432
433 fn uncovered_tys<'tcx>(tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>, ty: Ty<'tcx>, in_crate: InCrate)
434                        -> Vec<Ty<'tcx>> {
435     if ty_is_local_constructor(ty, in_crate) {
436         vec![]
437     } else if fundamental_ty(ty) {
438         ty.walk_shallow()
439           .flat_map(|t| uncovered_tys(tcx, t, in_crate))
440           .collect()
441     } else {
442         vec![ty]
443     }
444 }
445
446 fn is_possibly_remote_type(ty: Ty<'_>, _in_crate: InCrate) -> bool {
447     match ty.sty {
448         ty::Projection(..) | ty::Param(..) => true,
449         _ => false,
450     }
451 }
452
453 fn ty_is_local(tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>, ty: Ty<'_>, in_crate: InCrate) -> bool {
454     ty_is_local_constructor(ty, in_crate) ||
455         fundamental_ty(ty) && ty.walk_shallow().any(|t| ty_is_local(tcx, t, in_crate))
456 }
457
458 fn fundamental_ty(ty: Ty<'_>) -> bool {
459     match ty.sty {
460         ty::Ref(..) => true,
461         ty::Adt(def, _) => def.is_fundamental(),
462         _ => false
463     }
464 }
465
466 fn def_id_is_local(def_id: DefId, in_crate: InCrate) -> bool {
467     match in_crate {
468         // The type is local to *this* crate - it will not be
469         // local in any other crate.
470         InCrate::Remote => false,
471         InCrate::Local => def_id.is_local()
472     }
473 }
474
475 fn ty_is_local_constructor(ty: Ty<'_>, in_crate: InCrate) -> bool {
476     debug!("ty_is_local_constructor({:?})", ty);
477
478     match ty.sty {
479         ty::Bool |
480         ty::Char |
481         ty::Int(..) |
482         ty::Uint(..) |
483         ty::Float(..) |
484         ty::Str |
485         ty::FnDef(..) |
486         ty::FnPtr(_) |
487         ty::Array(..) |
488         ty::Slice(..) |
489         ty::RawPtr(..) |
490         ty::Ref(..) |
491         ty::Never |
492         ty::Tuple(..) |
493         ty::Param(..) |
494         ty::Projection(..) => {
495             false
496         }
497
498         ty::Placeholder(..) | ty::Bound(..) | ty::Infer(..) => match in_crate {
499             InCrate::Local => false,
500             // The inference variable might be unified with a local
501             // type in that remote crate.
502             InCrate::Remote => true,
503         },
504
505         ty::Adt(def, _) => def_id_is_local(def.did, in_crate),
506         ty::Foreign(did) => def_id_is_local(did, in_crate),
507
508         ty::Dynamic(ref tt, ..) => {
509             if let Some(principal) = tt.principal() {
510                 def_id_is_local(principal.def_id(), in_crate)
511             } else {
512                 false
513             }
514         }
515
516         ty::Error => true,
517
518         ty::UnnormalizedProjection(..) |
519         ty::Closure(..) |
520         ty::Generator(..) |
521         ty::GeneratorWitness(..) |
522         ty::Opaque(..) => {
523             bug!("ty_is_local invoked on unexpected type: {:?}", ty)
524         }
525     }
526 }