]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc/traits/coherence.rs
change `overlapping_impls` to take a tcx and create the infcx
[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::{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<'gcx, F1, F2, R>(
47     tcx: TyCtxt<'_, 'gcx, 'gcx>,
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     tcx.infer_ctxt().enter(|infcx| {
67         let selcx = &mut SelectionContext::intercrate(&infcx, intercrate_mode);
68         if let Some(r) = overlap(selcx, impl1_def_id, impl2_def_id) {
69             on_overlap(r)
70         } else {
71             no_overlap()
72         }
73     })
74 }
75
76 fn with_fresh_ty_vars<'cx, 'gcx, 'tcx>(selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'gcx, 'tcx>,
77                                        param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
78                                        impl_def_id: DefId)
79                                        -> ty::ImplHeader<'tcx>
80 {
81     let tcx = selcx.tcx();
82     let impl_substs = selcx.infcx().fresh_substs_for_item(DUMMY_SP, impl_def_id);
83
84     let header = ty::ImplHeader {
85         impl_def_id,
86         self_ty: tcx.type_of(impl_def_id),
87         trait_ref: tcx.impl_trait_ref(impl_def_id),
88         predicates: tcx.predicates_of(impl_def_id).predicates
89     }.subst(tcx, impl_substs);
90
91     let Normalized { value: mut header, obligations } =
92         traits::normalize(selcx, param_env, ObligationCause::dummy(), &header);
93
94     header.predicates.extend(obligations.into_iter().map(|o| o.predicate));
95     header
96 }
97
98 /// Can both impl `a` and impl `b` be satisfied by a common type (including
99 /// `where` clauses)? If so, returns an `ImplHeader` that unifies the two impls.
100 fn overlap<'cx, 'gcx, 'tcx>(selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'gcx, 'tcx>,
101                             a_def_id: DefId,
102                             b_def_id: DefId)
103                             -> Option<OverlapResult<'tcx>>
104 {
105     debug!("overlap(a_def_id={:?}, b_def_id={:?})",
106            a_def_id,
107            b_def_id);
108
109     // For the purposes of this check, we don't bring any skolemized
110     // types into scope; instead, we replace the generic types with
111     // fresh type variables, and hence we do our evaluations in an
112     // empty environment.
113     let param_env = ty::ParamEnv::empty(Reveal::UserFacing);
114
115     let a_impl_header = with_fresh_ty_vars(selcx, param_env, a_def_id);
116     let b_impl_header = with_fresh_ty_vars(selcx, param_env, b_def_id);
117
118     debug!("overlap: a_impl_header={:?}", a_impl_header);
119     debug!("overlap: b_impl_header={:?}", b_impl_header);
120
121     // Do `a` and `b` unify? If not, no overlap.
122     let obligations = match selcx.infcx().at(&ObligationCause::dummy(), param_env)
123                                          .eq_impl_headers(&a_impl_header, &b_impl_header) {
124         Ok(InferOk { obligations, value: () }) => {
125             obligations
126         }
127         Err(_) => return None
128     };
129
130     debug!("overlap: unification check succeeded");
131
132     // Are any of the obligations unsatisfiable? If so, no overlap.
133     let infcx = selcx.infcx();
134     let opt_failing_obligation =
135         a_impl_header.predicates
136                      .iter()
137                      .chain(&b_impl_header.predicates)
138                      .map(|p| infcx.resolve_type_vars_if_possible(p))
139                      .map(|p| Obligation { cause: ObligationCause::dummy(),
140                                            param_env,
141                                            recursion_depth: 0,
142                                            predicate: p })
143                      .chain(obligations)
144                      .find(|o| !selcx.evaluate_obligation(o));
145
146     if let Some(failing_obligation) = opt_failing_obligation {
147         debug!("overlap: obligation unsatisfiable {:?}", failing_obligation);
148         return None
149     }
150
151     Some(OverlapResult {
152         impl_header: selcx.infcx().resolve_type_vars_if_possible(&a_impl_header),
153         intercrate_ambiguity_causes: selcx.intercrate_ambiguity_causes().to_vec(),
154     })
155 }
156
157 pub fn trait_ref_is_knowable<'a, 'gcx, 'tcx>(tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>,
158                                              trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>)
159                                              -> Option<Conflict>
160 {
161     debug!("trait_ref_is_knowable(trait_ref={:?})", trait_ref);
162     if orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Remote).is_ok() {
163         // A downstream or cousin crate is allowed to implement some
164         // substitution of this trait-ref.
165
166         // A trait can be implementable for a trait ref by both the current
167         // crate and crates downstream of it. Older versions of rustc
168         // were not aware of this, causing incoherence (issue #43355).
169         let used_to_be_broken =
170             orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local).is_ok();
171         if used_to_be_broken {
172             debug!("trait_ref_is_knowable({:?}) - USED TO BE BROKEN", trait_ref);
173         }
174         return Some(Conflict::Downstream { used_to_be_broken });
175     }
176
177     if trait_ref_is_local_or_fundamental(tcx, trait_ref) {
178         // This is a local or fundamental trait, so future-compatibility
179         // is no concern. We know that downstream/cousin crates are not
180         // allowed to implement a substitution of this trait ref, which
181         // means impls could only come from dependencies of this crate,
182         // which we already know about.
183         return None;
184     }
185
186     // This is a remote non-fundamental trait, so if another crate
187     // can be the "final owner" of a substitution of this trait-ref,
188     // they are allowed to implement it future-compatibly.
189     //
190     // However, if we are a final owner, then nobody else can be,
191     // and if we are an intermediate owner, then we don't care
192     // about future-compatibility, which means that we're OK if
193     // we are an owner.
194     if orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local).is_ok() {
195         debug!("trait_ref_is_knowable: orphan check passed");
196         return None;
197     } else {
198         debug!("trait_ref_is_knowable: nonlocal, nonfundamental, unowned");
199         return Some(Conflict::Upstream);
200     }
201 }
202
203 pub fn trait_ref_is_local_or_fundamental<'a, 'gcx, 'tcx>(tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>,
204                                                          trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>)
205                                                          -> bool {
206     trait_ref.def_id.krate == LOCAL_CRATE || tcx.has_attr(trait_ref.def_id, "fundamental")
207 }
208
209 pub enum OrphanCheckErr<'tcx> {
210     NoLocalInputType,
211     UncoveredTy(Ty<'tcx>),
212 }
213
214 /// Checks the coherence orphan rules. `impl_def_id` should be the
215 /// def-id of a trait impl. To pass, either the trait must be local, or else
216 /// two conditions must be satisfied:
217 ///
218 /// 1. All type parameters in `Self` must be "covered" by some local type constructor.
219 /// 2. Some local type must appear in `Self`.
220 pub fn orphan_check<'a, 'gcx, 'tcx>(tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>,
221                                     impl_def_id: DefId)
222                                     -> Result<(), OrphanCheckErr<'tcx>>
223 {
224     debug!("orphan_check({:?})", impl_def_id);
225
226     // We only except this routine to be invoked on implementations
227     // of a trait, not inherent implementations.
228     let trait_ref = tcx.impl_trait_ref(impl_def_id).unwrap();
229     debug!("orphan_check: trait_ref={:?}", trait_ref);
230
231     // If the *trait* is local to the crate, ok.
232     if trait_ref.def_id.is_local() {
233         debug!("trait {:?} is local to current crate",
234                trait_ref.def_id);
235         return Ok(());
236     }
237
238     orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local)
239 }
240
241 /// Check whether a trait-ref is potentially implementable by a crate.
242 ///
243 /// The current rule is that a trait-ref orphan checks in a crate C:
244 ///
245 /// 1. Order the parameters in the trait-ref in subst order - Self first,
246 ///    others linearly (e.g. `<U as Foo<V, W>>` is U < V < W).
247 /// 2. Of these type parameters, there is at least one type parameter
248 ///    in which, walking the type as a tree, you can reach a type local
249 ///    to C where all types in-between are fundamental types. Call the
250 ///    first such parameter the "local key parameter".
251 ///     - e.g. `Box<LocalType>` is OK, because you can visit LocalType
252 ///       going through `Box`, which is fundamental.
253 ///     - similarly, `FundamentalPair<Vec<()>, Box<LocalType>>` is OK for
254 ///       the same reason.
255 ///     - but (knowing that `Vec<T>` is non-fundamental, and assuming it's
256 ///       not local), `Vec<LocalType>` is bad, because `Vec<->` is between
257 ///       the local type and the type parameter.
258 /// 3. Every type parameter before the local key parameter is fully known in C.
259 ///     - e.g. `impl<T> T: Trait<LocalType>` is bad, because `T` might be
260 ///       an unknown type.
261 ///     - but `impl<T> LocalType: Trait<T>` is OK, because `LocalType`
262 ///       occurs before `T`.
263 /// 4. Every type in the local key parameter not known in C, going
264 ///    through the parameter's type tree, must appear only as a subtree of
265 ///    a type local to C, with only fundamental types between the type
266 ///    local to C and the local key parameter.
267 ///     - e.g. `Vec<LocalType<T>>>` (or equivalently `Box<Vec<LocalType<T>>>`)
268 ///     is bad, because the only local type with `T` as a subtree is
269 ///     `LocalType<T>`, and `Vec<->` is between it and the type parameter.
270 ///     - similarly, `FundamentalPair<LocalType<T>, T>` is bad, because
271 ///     the second occurence of `T` is not a subtree of *any* local type.
272 ///     - however, `LocalType<Vec<T>>` is OK, because `T` is a subtree of
273 ///     `LocalType<Vec<T>>`, which is local and has no types between it and
274 ///     the type parameter.
275 ///
276 /// The orphan rules actually serve several different purposes:
277 ///
278 /// 1. They enable link-safety - i.e. 2 mutually-unknowing crates (where
279 ///    every type local to one crate is unknown in the other) can't implement
280 ///    the same trait-ref. This follows because it can be seen that no such
281 ///    type can orphan-check in 2 such crates.
282 ///
283 ///    To check that a local impl follows the orphan rules, we check it in
284 ///    InCrate::Local mode, using type parameters for the "generic" types.
285 ///
286 /// 2. They ground negative reasoning for coherence. If a user wants to
287 ///    write both a conditional blanket impl and a specific impl, we need to
288 ///    make sure they do not overlap. For example, if we write
289 ///    ```
290 ///    impl<T> IntoIterator for Vec<T>
291 ///    impl<T: Iterator> IntoIterator for T
292 ///    ```
293 ///    We need to be able to prove that `Vec<$0>: !Iterator` for every type $0.
294 ///    We can observe that this holds in the current crate, but we need to make
295 ///    sure this will also hold in all unknown crates (both "independent" crates,
296 ///    which we need for link-safety, and also child crates, because we don't want
297 ///    child crates to get error for impl conflicts in a *dependency*).
298 ///
299 ///    For that, we only allow negative reasoning if, for every assignment to the
300 ///    inference variables, every unknown crate would get an orphan error if they
301 ///    try to implement this trait-ref. To check for this, we use InCrate::Remote
302 ///    mode. That is sound because we already know all the impls from known crates.
303 ///
304 /// 3. For non-#[fundamental] traits, they guarantee that parent crates can
305 ///    add "non-blanket" impls without breaking negative reasoning in dependent
306 ///    crates. This is the "rebalancing coherence" (RFC 1023) restriction.
307 ///
308 ///    For that, we only a allow crate to perform negative reasoning on
309 ///    non-local-non-#[fundamental] only if there's a local key parameter as per (2).
310 ///
311 ///    Because we never perform negative reasoning generically (coherence does
312 ///    not involve type parameters), this can be interpreted as doing the full
313 ///    orphan check (using InCrate::Local mode), substituting non-local known
314 ///    types for all inference variables.
315 ///
316 ///    This allows for crates to future-compatibly add impls as long as they
317 ///    can't apply to types with a key parameter in a child crate - applying
318 ///    the rules, this basically means that every type parameter in the impl
319 ///    must appear behind a non-fundamental type (because this is not a
320 ///    type-system requirement, crate owners might also go for "semantic
321 ///    future-compatibility" involving things such as sealed traits, but
322 ///    the above requirement is sufficient, and is necessary in "open world"
323 ///    cases).
324 ///
325 /// Note that this function is never called for types that have both type
326 /// parameters and inference variables.
327 fn orphan_check_trait_ref<'tcx>(tcx: TyCtxt,
328                                 trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
329                                 in_crate: InCrate)
330                                 -> Result<(), OrphanCheckErr<'tcx>>
331 {
332     debug!("orphan_check_trait_ref(trait_ref={:?}, in_crate={:?})",
333            trait_ref, in_crate);
334
335     if trait_ref.needs_infer() && trait_ref.needs_subst() {
336         bug!("can't orphan check a trait ref with both params and inference variables {:?}",
337              trait_ref);
338     }
339
340     // First, create an ordered iterator over all the type parameters to the trait, with the self
341     // type appearing first.
342     // Find the first input type that either references a type parameter OR
343     // some local type.
344     for input_ty in trait_ref.input_types() {
345         if ty_is_local(tcx, input_ty, in_crate) {
346             debug!("orphan_check_trait_ref: ty_is_local `{:?}`", input_ty);
347
348             // First local input type. Check that there are no
349             // uncovered type parameters.
350             let uncovered_tys = uncovered_tys(tcx, input_ty, in_crate);
351             for uncovered_ty in uncovered_tys {
352                 if let Some(param) = uncovered_ty.walk()
353                     .find(|t| is_possibly_remote_type(t, in_crate))
354                 {
355                     debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered type `{:?}`", param);
356                     return Err(OrphanCheckErr::UncoveredTy(param));
357                 }
358             }
359
360             // OK, found local type, all prior types upheld invariant.
361             return Ok(());
362         }
363
364         // Otherwise, enforce invariant that there are no type
365         // parameters reachable.
366         if let Some(param) = input_ty.walk()
367             .find(|t| is_possibly_remote_type(t, in_crate))
368         {
369             debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered type `{:?}`", param);
370             return Err(OrphanCheckErr::UncoveredTy(param));
371         }
372     }
373
374     // If we exit above loop, never found a local type.
375     debug!("orphan_check_trait_ref: no local type");
376     return Err(OrphanCheckErr::NoLocalInputType);
377 }
378
379 fn uncovered_tys<'tcx>(tcx: TyCtxt, ty: Ty<'tcx>, in_crate: InCrate)
380                        -> Vec<Ty<'tcx>> {
381     if ty_is_local_constructor(ty, in_crate) {
382         vec![]
383     } else if fundamental_ty(tcx, ty) {
384         ty.walk_shallow()
385           .flat_map(|t| uncovered_tys(tcx, t, in_crate))
386           .collect()
387     } else {
388         vec![ty]
389     }
390 }
391
392 fn is_possibly_remote_type(ty: Ty, _in_crate: InCrate) -> bool {
393     match ty.sty {
394         ty::TyProjection(..) | ty::TyParam(..) => true,
395         _ => false,
396     }
397 }
398
399 fn ty_is_local(tcx: TyCtxt, ty: Ty, in_crate: InCrate) -> bool {
400     ty_is_local_constructor(ty, in_crate) ||
401         fundamental_ty(tcx, ty) && ty.walk_shallow().any(|t| ty_is_local(tcx, t, in_crate))
402 }
403
404 fn fundamental_ty(tcx: TyCtxt, ty: Ty) -> bool {
405     match ty.sty {
406         ty::TyRef(..) => true,
407         ty::TyAdt(def, _) => def.is_fundamental(),
408         ty::TyDynamic(ref data, ..) => {
409             data.principal().map_or(false, |p| tcx.has_attr(p.def_id(), "fundamental"))
410         }
411         _ => false
412     }
413 }
414
415 fn def_id_is_local(def_id: DefId, in_crate: InCrate) -> bool {
416     match in_crate {
417         // The type is local to *this* crate - it will not be
418         // local in any other crate.
419         InCrate::Remote => false,
420         InCrate::Local => def_id.is_local()
421     }
422 }
423
424 fn ty_is_local_constructor(ty: Ty, in_crate: InCrate) -> bool {
425     debug!("ty_is_local_constructor({:?})", ty);
426
427     match ty.sty {
428         ty::TyBool |
429         ty::TyChar |
430         ty::TyInt(..) |
431         ty::TyUint(..) |
432         ty::TyFloat(..) |
433         ty::TyStr |
434         ty::TyFnDef(..) |
435         ty::TyFnPtr(_) |
436         ty::TyArray(..) |
437         ty::TySlice(..) |
438         ty::TyRawPtr(..) |
439         ty::TyRef(..) |
440         ty::TyNever |
441         ty::TyTuple(..) |
442         ty::TyParam(..) |
443         ty::TyProjection(..) => {
444             false
445         }
446
447         ty::TyInfer(..) => match in_crate {
448             InCrate::Local => false,
449             // The inference variable might be unified with a local
450             // type in that remote crate.
451             InCrate::Remote => true,
452         },
453
454         ty::TyAdt(def, _) => def_id_is_local(def.did, in_crate),
455         ty::TyForeign(did) => def_id_is_local(did, in_crate),
456
457         ty::TyDynamic(ref tt, ..) => {
458             tt.principal().map_or(false, |p| {
459                 def_id_is_local(p.def_id(), in_crate)
460             })
461         }
462
463         ty::TyError => {
464             true
465         }
466
467         ty::TyClosure(..) | ty::TyGenerator(..) | ty::TyAnon(..) => {
468             bug!("ty_is_local invoked on unexpected type: {:?}", ty)
469         }
470     }
471 }