]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc/traits/coherence.rs
make `overlapping_impls` call closures instead of returning
[rust.git] / src / librustc / traits / coherence.rs
1 // Copyright 2014 The Rust Project Developers. See the COPYRIGHT
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8 // option. This file may not be copied, modified, or distributed
9 // except according to those terms.
10
11 //! See `README.md` for high-level documentation
12
13 use hir::def_id::{DefId, LOCAL_CRATE};
14 use syntax_pos::DUMMY_SP;
15 use traits::{self, Normalized, SelectionContext, Obligation, ObligationCause, Reveal};
16 use traits::IntercrateMode;
17 use traits::select::IntercrateAmbiguityCause;
18 use ty::{self, Ty, TyCtxt};
19 use ty::fold::TypeFoldable;
20 use ty::subst::Subst;
21
22 use infer::{InferCtxt, InferOk};
23
24 /// Whether we do the orphan check relative to this crate or
25 /// to some remote crate.
26 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
27 enum InCrate {
28     Local,
29     Remote
30 }
31
32 #[derive(Debug, Copy, Clone)]
33 pub enum Conflict {
34     Upstream,
35     Downstream { used_to_be_broken: bool }
36 }
37
38 pub struct OverlapResult<'tcx> {
39     pub impl_header: ty::ImplHeader<'tcx>,
40     pub intercrate_ambiguity_causes: Vec<IntercrateAmbiguityCause>,
41 }
42
43 /// If there are types that satisfy both impls, invokes `on_overlap`
44 /// with a suitably-freshened `ImplHeader` with those types
45 /// substituted. Otherwise, invokes `no_overlap`.
46 pub fn overlapping_impls<F1, F2, R>(
47     infcx: &InferCtxt<'_, '_, '_>,
48     impl1_def_id: DefId,
49     impl2_def_id: DefId,
50     intercrate_mode: IntercrateMode,
51     on_overlap: F1,
52     no_overlap: F2,
53 ) -> R
54 where
55     F1: FnOnce(OverlapResult<'_>) -> R,
56     F2: FnOnce() -> R,
57 {
58     debug!("impl_can_satisfy(\
59            impl1_def_id={:?}, \
60            impl2_def_id={:?},
61            intercrate_mode={:?})",
62            impl1_def_id,
63            impl2_def_id,
64            intercrate_mode);
65
66     let selcx = &mut SelectionContext::intercrate(infcx, intercrate_mode);
67     if let Some(r) = overlap(selcx, impl1_def_id, impl2_def_id) {
68         on_overlap(r)
69     } else {
70         no_overlap()
71     }
72 }
73
74 fn with_fresh_ty_vars<'cx, 'gcx, 'tcx>(selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'gcx, 'tcx>,
75                                        param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
76                                        impl_def_id: DefId)
77                                        -> ty::ImplHeader<'tcx>
78 {
79     let tcx = selcx.tcx();
80     let impl_substs = selcx.infcx().fresh_substs_for_item(DUMMY_SP, impl_def_id);
81
82     let header = ty::ImplHeader {
83         impl_def_id,
84         self_ty: tcx.type_of(impl_def_id),
85         trait_ref: tcx.impl_trait_ref(impl_def_id),
86         predicates: tcx.predicates_of(impl_def_id).predicates
87     }.subst(tcx, impl_substs);
88
89     let Normalized { value: mut header, obligations } =
90         traits::normalize(selcx, param_env, ObligationCause::dummy(), &header);
91
92     header.predicates.extend(obligations.into_iter().map(|o| o.predicate));
93     header
94 }
95
96 /// Can both impl `a` and impl `b` be satisfied by a common type (including
97 /// `where` clauses)? If so, returns an `ImplHeader` that unifies the two impls.
98 fn overlap<'cx, 'gcx, 'tcx>(selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'gcx, 'tcx>,
99                             a_def_id: DefId,
100                             b_def_id: DefId)
101                             -> Option<OverlapResult<'tcx>>
102 {
103     debug!("overlap(a_def_id={:?}, b_def_id={:?})",
104            a_def_id,
105            b_def_id);
106
107     // For the purposes of this check, we don't bring any skolemized
108     // types into scope; instead, we replace the generic types with
109     // fresh type variables, and hence we do our evaluations in an
110     // empty environment.
111     let param_env = ty::ParamEnv::empty(Reveal::UserFacing);
112
113     let a_impl_header = with_fresh_ty_vars(selcx, param_env, a_def_id);
114     let b_impl_header = with_fresh_ty_vars(selcx, param_env, b_def_id);
115
116     debug!("overlap: a_impl_header={:?}", a_impl_header);
117     debug!("overlap: b_impl_header={:?}", b_impl_header);
118
119     // Do `a` and `b` unify? If not, no overlap.
120     let obligations = match selcx.infcx().at(&ObligationCause::dummy(), param_env)
121                                          .eq_impl_headers(&a_impl_header, &b_impl_header) {
122         Ok(InferOk { obligations, value: () }) => {
123             obligations
124         }
125         Err(_) => return None
126     };
127
128     debug!("overlap: unification check succeeded");
129
130     // Are any of the obligations unsatisfiable? If so, no overlap.
131     let infcx = selcx.infcx();
132     let opt_failing_obligation =
133         a_impl_header.predicates
134                      .iter()
135                      .chain(&b_impl_header.predicates)
136                      .map(|p| infcx.resolve_type_vars_if_possible(p))
137                      .map(|p| Obligation { cause: ObligationCause::dummy(),
138                                            param_env,
139                                            recursion_depth: 0,
140                                            predicate: p })
141                      .chain(obligations)
142                      .find(|o| !selcx.evaluate_obligation(o));
143
144     if let Some(failing_obligation) = opt_failing_obligation {
145         debug!("overlap: obligation unsatisfiable {:?}", failing_obligation);
146         return None
147     }
148
149     Some(OverlapResult {
150         impl_header: selcx.infcx().resolve_type_vars_if_possible(&a_impl_header),
151         intercrate_ambiguity_causes: selcx.intercrate_ambiguity_causes().to_vec(),
152     })
153 }
154
155 pub fn trait_ref_is_knowable<'a, 'gcx, 'tcx>(tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>,
156                                              trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>)
157                                              -> Option<Conflict>
158 {
159     debug!("trait_ref_is_knowable(trait_ref={:?})", trait_ref);
160     if orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Remote).is_ok() {
161         // A downstream or cousin crate is allowed to implement some
162         // substitution of this trait-ref.
163
164         // A trait can be implementable for a trait ref by both the current
165         // crate and crates downstream of it. Older versions of rustc
166         // were not aware of this, causing incoherence (issue #43355).
167         let used_to_be_broken =
168             orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local).is_ok();
169         if used_to_be_broken {
170             debug!("trait_ref_is_knowable({:?}) - USED TO BE BROKEN", trait_ref);
171         }
172         return Some(Conflict::Downstream { used_to_be_broken });
173     }
174
175     if trait_ref_is_local_or_fundamental(tcx, trait_ref) {
176         // This is a local or fundamental trait, so future-compatibility
177         // is no concern. We know that downstream/cousin crates are not
178         // allowed to implement a substitution of this trait ref, which
179         // means impls could only come from dependencies of this crate,
180         // which we already know about.
181         return None;
182     }
183
184     // This is a remote non-fundamental trait, so if another crate
185     // can be the "final owner" of a substitution of this trait-ref,
186     // they are allowed to implement it future-compatibly.
187     //
188     // However, if we are a final owner, then nobody else can be,
189     // and if we are an intermediate owner, then we don't care
190     // about future-compatibility, which means that we're OK if
191     // we are an owner.
192     if orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local).is_ok() {
193         debug!("trait_ref_is_knowable: orphan check passed");
194         return None;
195     } else {
196         debug!("trait_ref_is_knowable: nonlocal, nonfundamental, unowned");
197         return Some(Conflict::Upstream);
198     }
199 }
200
201 pub fn trait_ref_is_local_or_fundamental<'a, 'gcx, 'tcx>(tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>,
202                                                          trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>)
203                                                          -> bool {
204     trait_ref.def_id.krate == LOCAL_CRATE || tcx.has_attr(trait_ref.def_id, "fundamental")
205 }
206
207 pub enum OrphanCheckErr<'tcx> {
208     NoLocalInputType,
209     UncoveredTy(Ty<'tcx>),
210 }
211
212 /// Checks the coherence orphan rules. `impl_def_id` should be the
213 /// def-id of a trait impl. To pass, either the trait must be local, or else
214 /// two conditions must be satisfied:
215 ///
216 /// 1. All type parameters in `Self` must be "covered" by some local type constructor.
217 /// 2. Some local type must appear in `Self`.
218 pub fn orphan_check<'a, 'gcx, 'tcx>(tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>,
219                                     impl_def_id: DefId)
220                                     -> Result<(), OrphanCheckErr<'tcx>>
221 {
222     debug!("orphan_check({:?})", impl_def_id);
223
224     // We only except this routine to be invoked on implementations
225     // of a trait, not inherent implementations.
226     let trait_ref = tcx.impl_trait_ref(impl_def_id).unwrap();
227     debug!("orphan_check: trait_ref={:?}", trait_ref);
228
229     // If the *trait* is local to the crate, ok.
230     if trait_ref.def_id.is_local() {
231         debug!("trait {:?} is local to current crate",
232                trait_ref.def_id);
233         return Ok(());
234     }
235
236     orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local)
237 }
238
239 /// Check whether a trait-ref is potentially implementable by a crate.
240 ///
241 /// The current rule is that a trait-ref orphan checks in a crate C:
242 ///
243 /// 1. Order the parameters in the trait-ref in subst order - Self first,
244 ///    others linearly (e.g. `<U as Foo<V, W>>` is U < V < W).
245 /// 2. Of these type parameters, there is at least one type parameter
246 ///    in which, walking the type as a tree, you can reach a type local
247 ///    to C where all types in-between are fundamental types. Call the
248 ///    first such parameter the "local key parameter".
249 ///     - e.g. `Box<LocalType>` is OK, because you can visit LocalType
250 ///       going through `Box`, which is fundamental.
251 ///     - similarly, `FundamentalPair<Vec<()>, Box<LocalType>>` is OK for
252 ///       the same reason.
253 ///     - but (knowing that `Vec<T>` is non-fundamental, and assuming it's
254 ///       not local), `Vec<LocalType>` is bad, because `Vec<->` is between
255 ///       the local type and the type parameter.
256 /// 3. Every type parameter before the local key parameter is fully known in C.
257 ///     - e.g. `impl<T> T: Trait<LocalType>` is bad, because `T` might be
258 ///       an unknown type.
259 ///     - but `impl<T> LocalType: Trait<T>` is OK, because `LocalType`
260 ///       occurs before `T`.
261 /// 4. Every type in the local key parameter not known in C, going
262 ///    through the parameter's type tree, must appear only as a subtree of
263 ///    a type local to C, with only fundamental types between the type
264 ///    local to C and the local key parameter.
265 ///     - e.g. `Vec<LocalType<T>>>` (or equivalently `Box<Vec<LocalType<T>>>`)
266 ///     is bad, because the only local type with `T` as a subtree is
267 ///     `LocalType<T>`, and `Vec<->` is between it and the type parameter.
268 ///     - similarly, `FundamentalPair<LocalType<T>, T>` is bad, because
269 ///     the second occurence of `T` is not a subtree of *any* local type.
270 ///     - however, `LocalType<Vec<T>>` is OK, because `T` is a subtree of
271 ///     `LocalType<Vec<T>>`, which is local and has no types between it and
272 ///     the type parameter.
273 ///
274 /// The orphan rules actually serve several different purposes:
275 ///
276 /// 1. They enable link-safety - i.e. 2 mutually-unknowing crates (where
277 ///    every type local to one crate is unknown in the other) can't implement
278 ///    the same trait-ref. This follows because it can be seen that no such
279 ///    type can orphan-check in 2 such crates.
280 ///
281 ///    To check that a local impl follows the orphan rules, we check it in
282 ///    InCrate::Local mode, using type parameters for the "generic" types.
283 ///
284 /// 2. They ground negative reasoning for coherence. If a user wants to
285 ///    write both a conditional blanket impl and a specific impl, we need to
286 ///    make sure they do not overlap. For example, if we write
287 ///    ```
288 ///    impl<T> IntoIterator for Vec<T>
289 ///    impl<T: Iterator> IntoIterator for T
290 ///    ```
291 ///    We need to be able to prove that `Vec<$0>: !Iterator` for every type $0.
292 ///    We can observe that this holds in the current crate, but we need to make
293 ///    sure this will also hold in all unknown crates (both "independent" crates,
294 ///    which we need for link-safety, and also child crates, because we don't want
295 ///    child crates to get error for impl conflicts in a *dependency*).
296 ///
297 ///    For that, we only allow negative reasoning if, for every assignment to the
298 ///    inference variables, every unknown crate would get an orphan error if they
299 ///    try to implement this trait-ref. To check for this, we use InCrate::Remote
300 ///    mode. That is sound because we already know all the impls from known crates.
301 ///
302 /// 3. For non-#[fundamental] traits, they guarantee that parent crates can
303 ///    add "non-blanket" impls without breaking negative reasoning in dependent
304 ///    crates. This is the "rebalancing coherence" (RFC 1023) restriction.
305 ///
306 ///    For that, we only a allow crate to perform negative reasoning on
307 ///    non-local-non-#[fundamental] only if there's a local key parameter as per (2).
308 ///
309 ///    Because we never perform negative reasoning generically (coherence does
310 ///    not involve type parameters), this can be interpreted as doing the full
311 ///    orphan check (using InCrate::Local mode), substituting non-local known
312 ///    types for all inference variables.
313 ///
314 ///    This allows for crates to future-compatibly add impls as long as they
315 ///    can't apply to types with a key parameter in a child crate - applying
316 ///    the rules, this basically means that every type parameter in the impl
317 ///    must appear behind a non-fundamental type (because this is not a
318 ///    type-system requirement, crate owners might also go for "semantic
319 ///    future-compatibility" involving things such as sealed traits, but
320 ///    the above requirement is sufficient, and is necessary in "open world"
321 ///    cases).
322 ///
323 /// Note that this function is never called for types that have both type
324 /// parameters and inference variables.
325 fn orphan_check_trait_ref<'tcx>(tcx: TyCtxt,
326                                 trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
327                                 in_crate: InCrate)
328                                 -> Result<(), OrphanCheckErr<'tcx>>
329 {
330     debug!("orphan_check_trait_ref(trait_ref={:?}, in_crate={:?})",
331            trait_ref, in_crate);
332
333     if trait_ref.needs_infer() && trait_ref.needs_subst() {
334         bug!("can't orphan check a trait ref with both params and inference variables {:?}",
335              trait_ref);
336     }
337
338     // First, create an ordered iterator over all the type parameters to the trait, with the self
339     // type appearing first.
340     // Find the first input type that either references a type parameter OR
341     // some local type.
342     for input_ty in trait_ref.input_types() {
343         if ty_is_local(tcx, input_ty, in_crate) {
344             debug!("orphan_check_trait_ref: ty_is_local `{:?}`", input_ty);
345
346             // First local input type. Check that there are no
347             // uncovered type parameters.
348             let uncovered_tys = uncovered_tys(tcx, input_ty, in_crate);
349             for uncovered_ty in uncovered_tys {
350                 if let Some(param) = uncovered_ty.walk()
351                     .find(|t| is_possibly_remote_type(t, in_crate))
352                 {
353                     debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered type `{:?}`", param);
354                     return Err(OrphanCheckErr::UncoveredTy(param));
355                 }
356             }
357
358             // OK, found local type, all prior types upheld invariant.
359             return Ok(());
360         }
361
362         // Otherwise, enforce invariant that there are no type
363         // parameters reachable.
364         if let Some(param) = input_ty.walk()
365             .find(|t| is_possibly_remote_type(t, in_crate))
366         {
367             debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered type `{:?}`", param);
368             return Err(OrphanCheckErr::UncoveredTy(param));
369         }
370     }
371
372     // If we exit above loop, never found a local type.
373     debug!("orphan_check_trait_ref: no local type");
374     return Err(OrphanCheckErr::NoLocalInputType);
375 }
376
377 fn uncovered_tys<'tcx>(tcx: TyCtxt, ty: Ty<'tcx>, in_crate: InCrate)
378                        -> Vec<Ty<'tcx>> {
379     if ty_is_local_constructor(ty, in_crate) {
380         vec![]
381     } else if fundamental_ty(tcx, ty) {
382         ty.walk_shallow()
383           .flat_map(|t| uncovered_tys(tcx, t, in_crate))
384           .collect()
385     } else {
386         vec![ty]
387     }
388 }
389
390 fn is_possibly_remote_type(ty: Ty, _in_crate: InCrate) -> bool {
391     match ty.sty {
392         ty::TyProjection(..) | ty::TyParam(..) => true,
393         _ => false,
394     }
395 }
396
397 fn ty_is_local(tcx: TyCtxt, ty: Ty, in_crate: InCrate) -> bool {
398     ty_is_local_constructor(ty, in_crate) ||
399         fundamental_ty(tcx, ty) && ty.walk_shallow().any(|t| ty_is_local(tcx, t, in_crate))
400 }
401
402 fn fundamental_ty(tcx: TyCtxt, ty: Ty) -> bool {
403     match ty.sty {
404         ty::TyRef(..) => true,
405         ty::TyAdt(def, _) => def.is_fundamental(),
406         ty::TyDynamic(ref data, ..) => {
407             data.principal().map_or(false, |p| tcx.has_attr(p.def_id(), "fundamental"))
408         }
409         _ => false
410     }
411 }
412
413 fn def_id_is_local(def_id: DefId, in_crate: InCrate) -> bool {
414     match in_crate {
415         // The type is local to *this* crate - it will not be
416         // local in any other crate.
417         InCrate::Remote => false,
418         InCrate::Local => def_id.is_local()
419     }
420 }
421
422 fn ty_is_local_constructor(ty: Ty, in_crate: InCrate) -> bool {
423     debug!("ty_is_local_constructor({:?})", ty);
424
425     match ty.sty {
426         ty::TyBool |
427         ty::TyChar |
428         ty::TyInt(..) |
429         ty::TyUint(..) |
430         ty::TyFloat(..) |
431         ty::TyStr |
432         ty::TyFnDef(..) |
433         ty::TyFnPtr(_) |
434         ty::TyArray(..) |
435         ty::TySlice(..) |
436         ty::TyRawPtr(..) |
437         ty::TyRef(..) |
438         ty::TyNever |
439         ty::TyTuple(..) |
440         ty::TyParam(..) |
441         ty::TyProjection(..) => {
442             false
443         }
444
445         ty::TyInfer(..) => match in_crate {
446             InCrate::Local => false,
447             // The inference variable might be unified with a local
448             // type in that remote crate.
449             InCrate::Remote => true,
450         },
451
452         ty::TyAdt(def, _) => def_id_is_local(def.did, in_crate),
453         ty::TyForeign(did) => def_id_is_local(did, in_crate),
454
455         ty::TyDynamic(ref tt, ..) => {
456             tt.principal().map_or(false, |p| {
457                 def_id_is_local(p.def_id(), in_crate)
458             })
459         }
460
461         ty::TyError => {
462             true
463         }
464
465         ty::TyClosure(..) | ty::TyGenerator(..) | ty::TyAnon(..) => {
466             bug!("ty_is_local invoked on unexpected type: {:?}", ty)
467         }
468     }
469 }