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5 // Licensed under the Apache License, Version 2.0 <LICENSE-APACHE or
6 // http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0> or the MIT license
7 // <LICENSE-MIT or http://opensource.org/licenses/MIT>, at your
8 // option. This file may not be copied, modified, or distributed
9 // except according to those terms.
10
11 //! This module contains TyKind and its major components
12
13 use hir::def_id::DefId;
14 use infer::canonical::Canonical;
15 use mir::interpret::ConstValue;
16 use middle::region;
17 use polonius_engine::Atom;
18 use rustc_data_structures::indexed_vec::Idx;
19 use ty::subst::{Substs, Subst, Kind, UnpackedKind};
20 use ty::{self, AdtDef, TypeFlags, Ty, TyCtxt, TypeFoldable};
21 use ty::{List, TyS, ParamEnvAnd, ParamEnv};
22 use util::captures::Captures;
23 use mir::interpret::{Scalar, Pointer};
24
25 use smallvec::SmallVec;
26 use std::iter;
27 use std::cmp::Ordering;
28 use rustc_target::spec::abi;
29 use syntax::ast::{self, Ident};
30 use syntax::symbol::{keywords, InternedString};
31
32 use serialize;
33
34 use hir;
35
36 use self::InferTy::*;
37 use self::TyKind::*;
38
39 #[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash, Debug, RustcEncodable, RustcDecodable)]
40 pub struct TypeAndMut<'tcx> {
41     pub ty: Ty<'tcx>,
42     pub mutbl: hir::Mutability,
43 }
44
45 #[derive(Clone, PartialEq, PartialOrd, Eq, Ord, Hash,
46          RustcEncodable, RustcDecodable, Copy)]
47 /// A "free" region `fr` can be interpreted as "some region
48 /// at least as big as the scope `fr.scope`".
49 pub struct FreeRegion {
50     pub scope: DefId,
51     pub bound_region: BoundRegion,
52 }
53
54 #[derive(Clone, PartialEq, PartialOrd, Eq, Ord, Hash,
55          RustcEncodable, RustcDecodable, Copy)]
56 pub enum BoundRegion {
57     /// An anonymous region parameter for a given fn (&T)
58     BrAnon(u32),
59
60     /// Named region parameters for functions (a in &'a T)
61     ///
62     /// The def-id is needed to distinguish free regions in
63     /// the event of shadowing.
64     BrNamed(DefId, InternedString),
65
66     /// Fresh bound identifiers created during GLB computations.
67     BrFresh(u32),
68
69     /// Anonymous region for the implicit env pointer parameter
70     /// to a closure
71     BrEnv,
72 }
73
74 impl BoundRegion {
75     pub fn is_named(&self) -> bool {
76         match *self {
77             BoundRegion::BrNamed(..) => true,
78             _ => false,
79         }
80     }
81
82     /// When canonicalizing, we replace unbound inference variables and free
83     /// regions with anonymous late bound regions. This method asserts that
84     /// we have an anonymous late bound region, which hence may refer to
85     /// a canonical variable.
86     pub fn assert_bound_var(&self) -> BoundVar {
87         match *self {
88             BoundRegion::BrAnon(var) => BoundVar::from_u32(var),
89             _ => bug!("bound region is not anonymous"),
90         }
91     }
92 }
93
94 /// N.B., If you change this, you'll probably want to change the corresponding
95 /// AST structure in `libsyntax/ast.rs` as well.
96 #[derive(Clone, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash, Debug, RustcEncodable, RustcDecodable)]
97 pub enum TyKind<'tcx> {
98     /// The primitive boolean type. Written as `bool`.
99     Bool,
100
101     /// The primitive character type; holds a Unicode scalar value
102     /// (a non-surrogate code point).  Written as `char`.
103     Char,
104
105     /// A primitive signed integer type. For example, `i32`.
106     Int(ast::IntTy),
107
108     /// A primitive unsigned integer type. For example, `u32`.
109     Uint(ast::UintTy),
110
111     /// A primitive floating-point type. For example, `f64`.
112     Float(ast::FloatTy),
113
114     /// Structures, enumerations and unions.
115     ///
116     /// Substs here, possibly against intuition, *may* contain `Param`s.
117     /// That is, even after substitution it is possible that there are type
118     /// variables. This happens when the `Adt` corresponds to an ADT
119     /// definition and not a concrete use of it.
120     Adt(&'tcx AdtDef, &'tcx Substs<'tcx>),
121
122     Foreign(DefId),
123
124     /// The pointee of a string slice. Written as `str`.
125     Str,
126
127     /// An array with the given length. Written as `[T; n]`.
128     Array(Ty<'tcx>, &'tcx ty::Const<'tcx>),
129
130     /// The pointee of an array slice.  Written as `[T]`.
131     Slice(Ty<'tcx>),
132
133     /// A raw pointer. Written as `*mut T` or `*const T`
134     RawPtr(TypeAndMut<'tcx>),
135
136     /// A reference; a pointer with an associated lifetime. Written as
137     /// `&'a mut T` or `&'a T`.
138     Ref(Region<'tcx>, Ty<'tcx>, hir::Mutability),
139
140     /// The anonymous type of a function declaration/definition. Each
141     /// function has a unique type, which is output (for a function
142     /// named `foo` returning an `i32`) as `fn() -> i32 {foo}`.
143     ///
144     /// For example the type of `bar` here:
145     ///
146     /// ```rust
147     /// fn foo() -> i32 { 1 }
148     /// let bar = foo; // bar: fn() -> i32 {foo}
149     /// ```
150     FnDef(DefId, &'tcx Substs<'tcx>),
151
152     /// A pointer to a function.  Written as `fn() -> i32`.
153     ///
154     /// For example the type of `bar` here:
155     ///
156     /// ```rust
157     /// fn foo() -> i32 { 1 }
158     /// let bar: fn() -> i32 = foo;
159     /// ```
160     FnPtr(PolyFnSig<'tcx>),
161
162     /// A trait, defined with `trait`.
163     Dynamic(Binder<&'tcx List<ExistentialPredicate<'tcx>>>, ty::Region<'tcx>),
164
165     /// The anonymous type of a closure. Used to represent the type of
166     /// `|a| a`.
167     Closure(DefId, ClosureSubsts<'tcx>),
168
169     /// The anonymous type of a generator. Used to represent the type of
170     /// `|a| yield a`.
171     Generator(DefId, GeneratorSubsts<'tcx>, hir::GeneratorMovability),
172
173     /// A type representin the types stored inside a generator.
174     /// This should only appear in GeneratorInteriors.
175     GeneratorWitness(Binder<&'tcx List<Ty<'tcx>>>),
176
177     /// The never type `!`
178     Never,
179
180     /// A tuple type.  For example, `(i32, bool)`.
181     Tuple(&'tcx List<Ty<'tcx>>),
182
183     /// The projection of an associated type.  For example,
184     /// `<T as Trait<..>>::N`.
185     Projection(ProjectionTy<'tcx>),
186
187     /// A placeholder type used when we do not have enough information
188     /// to normalize the projection of an associated type to an
189     /// existing concrete type. Currently only used with chalk-engine.
190     UnnormalizedProjection(ProjectionTy<'tcx>),
191
192     /// Opaque (`impl Trait`) type found in a return type.
193     /// The `DefId` comes either from
194     /// * the `impl Trait` ast::Ty node,
195     /// * or the `existential type` declaration
196     /// The substitutions are for the generics of the function in question.
197     /// After typeck, the concrete type can be found in the `types` map.
198     Opaque(DefId, &'tcx Substs<'tcx>),
199
200     /// A type parameter; for example, `T` in `fn f<T>(x: T) {}
201     Param(ParamTy),
202
203     /// Bound type variable, used only when preparing a trait query.
204     Bound(ty::DebruijnIndex, BoundTy),
205
206     /// A placeholder type - universally quantified higher-ranked type.
207     Placeholder(ty::PlaceholderType),
208
209     /// A type variable used during type checking.
210     Infer(InferTy),
211
212     /// A placeholder for a type which could not be computed; this is
213     /// propagated to avoid useless error messages.
214     Error,
215 }
216
217 // `TyKind` is used a lot. Make sure it doesn't unintentionally get bigger.
218 #[cfg(target_arch = "x86_64")]
219 static_assert!(MEM_SIZE_OF_TY_KIND: ::std::mem::size_of::<TyKind<'_>>() == 24);
220
221 /// A closure can be modeled as a struct that looks like:
222 ///
223 ///     struct Closure<'l0...'li, T0...Tj, CK, CS, U0...Uk> {
224 ///         upvar0: U0,
225 ///         ...
226 ///         upvark: Uk
227 ///     }
228 ///
229 /// where:
230 ///
231 /// - 'l0...'li and T0...Tj are the lifetime and type parameters
232 ///   in scope on the function that defined the closure,
233 /// - CK represents the *closure kind* (Fn vs FnMut vs FnOnce). This
234 ///   is rather hackily encoded via a scalar type. See
235 ///   `TyS::to_opt_closure_kind` for details.
236 /// - CS represents the *closure signature*, representing as a `fn()`
237 ///   type. For example, `fn(u32, u32) -> u32` would mean that the closure
238 ///   implements `CK<(u32, u32), Output = u32>`, where `CK` is the trait
239 ///   specified above.
240 /// - U0...Uk are type parameters representing the types of its upvars
241 ///   (borrowed, if appropriate; that is, if Ui represents a by-ref upvar,
242 ///    and the up-var has the type `Foo`, then `Ui = &Foo`).
243 ///
244 /// So, for example, given this function:
245 ///
246 ///     fn foo<'a, T>(data: &'a mut T) {
247 ///          do(|| data.count += 1)
248 ///     }
249 ///
250 /// the type of the closure would be something like:
251 ///
252 ///     struct Closure<'a, T, U0> {
253 ///         data: U0
254 ///     }
255 ///
256 /// Note that the type of the upvar is not specified in the struct.
257 /// You may wonder how the impl would then be able to use the upvar,
258 /// if it doesn't know it's type? The answer is that the impl is
259 /// (conceptually) not fully generic over Closure but rather tied to
260 /// instances with the expected upvar types:
261 ///
262 ///     impl<'b, 'a, T> FnMut() for Closure<'a, T, &'b mut &'a mut T> {
263 ///         ...
264 ///     }
265 ///
266 /// You can see that the *impl* fully specified the type of the upvar
267 /// and thus knows full well that `data` has type `&'b mut &'a mut T`.
268 /// (Here, I am assuming that `data` is mut-borrowed.)
269 ///
270 /// Now, the last question you may ask is: Why include the upvar types
271 /// as extra type parameters? The reason for this design is that the
272 /// upvar types can reference lifetimes that are internal to the
273 /// creating function. In my example above, for example, the lifetime
274 /// `'b` represents the scope of the closure itself; this is some
275 /// subset of `foo`, probably just the scope of the call to the to
276 /// `do()`. If we just had the lifetime/type parameters from the
277 /// enclosing function, we couldn't name this lifetime `'b`. Note that
278 /// there can also be lifetimes in the types of the upvars themselves,
279 /// if one of them happens to be a reference to something that the
280 /// creating fn owns.
281 ///
282 /// OK, you say, so why not create a more minimal set of parameters
283 /// that just includes the extra lifetime parameters? The answer is
284 /// primarily that it would be hard --- we don't know at the time when
285 /// we create the closure type what the full types of the upvars are,
286 /// nor do we know which are borrowed and which are not. In this
287 /// design, we can just supply a fresh type parameter and figure that
288 /// out later.
289 ///
290 /// All right, you say, but why include the type parameters from the
291 /// original function then? The answer is that codegen may need them
292 /// when monomorphizing, and they may not appear in the upvars.  A
293 /// closure could capture no variables but still make use of some
294 /// in-scope type parameter with a bound (e.g., if our example above
295 /// had an extra `U: Default`, and the closure called `U::default()`).
296 ///
297 /// There is another reason. This design (implicitly) prohibits
298 /// closures from capturing themselves (except via a trait
299 /// object). This simplifies closure inference considerably, since it
300 /// means that when we infer the kind of a closure or its upvars, we
301 /// don't have to handle cycles where the decisions we make for
302 /// closure C wind up influencing the decisions we ought to make for
303 /// closure C (which would then require fixed point iteration to
304 /// handle). Plus it fixes an ICE. :P
305 ///
306 /// ## Generators
307 ///
308 /// Perhaps surprisingly, `ClosureSubsts` are also used for
309 /// generators.  In that case, what is written above is only half-true
310 /// -- the set of type parameters is similar, but the role of CK and
311 /// CS are different.  CK represents the "yield type" and CS
312 /// represents the "return type" of the generator.
313 ///
314 /// It'd be nice to split this struct into ClosureSubsts and
315 /// GeneratorSubsts, I believe. -nmatsakis
316 #[derive(Copy, Clone, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash, Debug, RustcEncodable, RustcDecodable)]
317 pub struct ClosureSubsts<'tcx> {
318     /// Lifetime and type parameters from the enclosing function,
319     /// concatenated with the types of the upvars.
320     ///
321     /// These are separated out because codegen wants to pass them around
322     /// when monomorphizing.
323     pub substs: &'tcx Substs<'tcx>,
324 }
325
326 /// Struct returned by `split()`. Note that these are subslices of the
327 /// parent slice and not canonical substs themselves.
328 struct SplitClosureSubsts<'tcx> {
329     closure_kind_ty: Ty<'tcx>,
330     closure_sig_ty: Ty<'tcx>,
331     upvar_kinds: &'tcx [Kind<'tcx>],
332 }
333
334 impl<'tcx> ClosureSubsts<'tcx> {
335     /// Divides the closure substs into their respective
336     /// components. Single source of truth with respect to the
337     /// ordering.
338     fn split(self, def_id: DefId, tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>) -> SplitClosureSubsts<'tcx> {
339         let generics = tcx.generics_of(def_id);
340         let parent_len = generics.parent_count;
341         SplitClosureSubsts {
342             closure_kind_ty: self.substs.type_at(parent_len),
343             closure_sig_ty: self.substs.type_at(parent_len + 1),
344             upvar_kinds: &self.substs[parent_len + 2..],
345         }
346     }
347
348     #[inline]
349     pub fn upvar_tys(self, def_id: DefId, tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>) ->
350         impl Iterator<Item=Ty<'tcx>> + 'tcx
351     {
352         let SplitClosureSubsts { upvar_kinds, .. } = self.split(def_id, tcx);
353         upvar_kinds.iter().map(|t| {
354             if let UnpackedKind::Type(ty) = t.unpack() {
355                 ty
356             } else {
357                 bug!("upvar should be type")
358             }
359         })
360     }
361
362     /// Returns the closure kind for this closure; may return a type
363     /// variable during inference. To get the closure kind during
364     /// inference, use `infcx.closure_kind(def_id, substs)`.
365     pub fn closure_kind_ty(self, def_id: DefId, tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>) -> Ty<'tcx> {
366         self.split(def_id, tcx).closure_kind_ty
367     }
368
369     /// Returns the type representing the closure signature for this
370     /// closure; may contain type variables during inference. To get
371     /// the closure signature during inference, use
372     /// `infcx.fn_sig(def_id)`.
373     pub fn closure_sig_ty(self, def_id: DefId, tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>) -> Ty<'tcx> {
374         self.split(def_id, tcx).closure_sig_ty
375     }
376
377     /// Returns the closure kind for this closure; only usable outside
378     /// of an inference context, because in that context we know that
379     /// there are no type variables.
380     ///
381     /// If you have an inference context, use `infcx.closure_kind()`.
382     pub fn closure_kind(self, def_id: DefId, tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>) -> ty::ClosureKind {
383         self.split(def_id, tcx).closure_kind_ty.to_opt_closure_kind().unwrap()
384     }
385
386     /// Extracts the signature from the closure; only usable outside
387     /// of an inference context, because in that context we know that
388     /// there are no type variables.
389     ///
390     /// If you have an inference context, use `infcx.closure_sig()`.
391     pub fn closure_sig(self, def_id: DefId, tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>) -> ty::PolyFnSig<'tcx> {
392         match self.closure_sig_ty(def_id, tcx).sty {
393             ty::FnPtr(sig) => sig,
394             ref t => bug!("closure_sig_ty is not a fn-ptr: {:?}", t),
395         }
396     }
397 }
398
399 #[derive(Copy, Clone, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash, Debug, RustcEncodable, RustcDecodable)]
400 pub struct GeneratorSubsts<'tcx> {
401     pub substs: &'tcx Substs<'tcx>,
402 }
403
404 struct SplitGeneratorSubsts<'tcx> {
405     yield_ty: Ty<'tcx>,
406     return_ty: Ty<'tcx>,
407     witness: Ty<'tcx>,
408     upvar_kinds: &'tcx [Kind<'tcx>],
409 }
410
411 impl<'tcx> GeneratorSubsts<'tcx> {
412     fn split(self, def_id: DefId, tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>) -> SplitGeneratorSubsts<'tcx> {
413         let generics = tcx.generics_of(def_id);
414         let parent_len = generics.parent_count;
415         SplitGeneratorSubsts {
416             yield_ty: self.substs.type_at(parent_len),
417             return_ty: self.substs.type_at(parent_len + 1),
418             witness: self.substs.type_at(parent_len + 2),
419             upvar_kinds: &self.substs[parent_len + 3..],
420         }
421     }
422
423     /// This describes the types that can be contained in a generator.
424     /// It will be a type variable initially and unified in the last stages of typeck of a body.
425     /// It contains a tuple of all the types that could end up on a generator frame.
426     /// The state transformation MIR pass may only produce layouts which mention types
427     /// in this tuple. Upvars are not counted here.
428     pub fn witness(self, def_id: DefId, tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>) -> Ty<'tcx> {
429         self.split(def_id, tcx).witness
430     }
431
432     #[inline]
433     pub fn upvar_tys(self, def_id: DefId, tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>) ->
434         impl Iterator<Item=Ty<'tcx>> + 'tcx
435     {
436         let SplitGeneratorSubsts { upvar_kinds, .. } = self.split(def_id, tcx);
437         upvar_kinds.iter().map(|t| {
438             if let UnpackedKind::Type(ty) = t.unpack() {
439                 ty
440             } else {
441                 bug!("upvar should be type")
442             }
443         })
444     }
445
446     /// Returns the type representing the yield type of the generator.
447     pub fn yield_ty(self, def_id: DefId, tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>) -> Ty<'tcx> {
448         self.split(def_id, tcx).yield_ty
449     }
450
451     /// Returns the type representing the return type of the generator.
452     pub fn return_ty(self, def_id: DefId, tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>) -> Ty<'tcx> {
453         self.split(def_id, tcx).return_ty
454     }
455
456     /// Return the "generator signature", which consists of its yield
457     /// and return types.
458     ///
459     /// NB. Some bits of the code prefers to see this wrapped in a
460     /// binder, but it never contains bound regions. Probably this
461     /// function should be removed.
462     pub fn poly_sig(self, def_id: DefId, tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>) -> PolyGenSig<'tcx> {
463         ty::Binder::dummy(self.sig(def_id, tcx))
464     }
465
466     /// Return the "generator signature", which consists of its yield
467     /// and return types.
468     pub fn sig(self, def_id: DefId, tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>) -> GenSig<'tcx> {
469         ty::GenSig {
470             yield_ty: self.yield_ty(def_id, tcx),
471             return_ty: self.return_ty(def_id, tcx),
472         }
473     }
474 }
475
476 impl<'a, 'gcx, 'tcx> GeneratorSubsts<'tcx> {
477     /// This returns the types of the MIR locals which had to be stored across suspension points.
478     /// It is calculated in rustc_mir::transform::generator::StateTransform.
479     /// All the types here must be in the tuple in GeneratorInterior.
480     pub fn state_tys(
481         self,
482         def_id: DefId,
483         tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>,
484     ) -> impl Iterator<Item=Ty<'tcx>> + Captures<'gcx> + 'a {
485         let state = tcx.generator_layout(def_id).fields.iter();
486         state.map(move |d| d.ty.subst(tcx, self.substs))
487     }
488
489     /// This is the types of the fields of a generate which
490     /// is available before the generator transformation.
491     /// It includes the upvars and the state discriminant which is u32.
492     pub fn pre_transforms_tys(self, def_id: DefId, tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>) ->
493         impl Iterator<Item=Ty<'tcx>> + 'a
494     {
495         self.upvar_tys(def_id, tcx).chain(iter::once(tcx.types.u32))
496     }
497
498     /// This is the types of all the fields stored in a generator.
499     /// It includes the upvars, state types and the state discriminant which is u32.
500     pub fn field_tys(self, def_id: DefId, tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>) ->
501         impl Iterator<Item=Ty<'tcx>> + Captures<'gcx> + 'a
502     {
503         self.pre_transforms_tys(def_id, tcx).chain(self.state_tys(def_id, tcx))
504     }
505 }
506
507 #[derive(Debug, Copy, Clone)]
508 pub enum UpvarSubsts<'tcx> {
509     Closure(ClosureSubsts<'tcx>),
510     Generator(GeneratorSubsts<'tcx>),
511 }
512
513 impl<'tcx> UpvarSubsts<'tcx> {
514     #[inline]
515     pub fn upvar_tys(self, def_id: DefId, tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>) ->
516         impl Iterator<Item=Ty<'tcx>> + 'tcx
517     {
518         let upvar_kinds = match self {
519             UpvarSubsts::Closure(substs) => substs.split(def_id, tcx).upvar_kinds,
520             UpvarSubsts::Generator(substs) => substs.split(def_id, tcx).upvar_kinds,
521         };
522         upvar_kinds.iter().map(|t| {
523             if let UnpackedKind::Type(ty) = t.unpack() {
524                 ty
525             } else {
526                 bug!("upvar should be type")
527             }
528         })
529     }
530 }
531
532 #[derive(Debug, Copy, Clone, PartialEq, PartialOrd, Ord, Eq, Hash, RustcEncodable, RustcDecodable)]
533 pub enum ExistentialPredicate<'tcx> {
534     /// e.g. Iterator
535     Trait(ExistentialTraitRef<'tcx>),
536     /// e.g. Iterator::Item = T
537     Projection(ExistentialProjection<'tcx>),
538     /// e.g. Send
539     AutoTrait(DefId),
540 }
541
542 impl<'a, 'gcx, 'tcx> ExistentialPredicate<'tcx> {
543     /// Compares via an ordering that will not change if modules are reordered or other changes are
544     /// made to the tree. In particular, this ordering is preserved across incremental compilations.
545     pub fn stable_cmp(&self, tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>, other: &Self) -> Ordering {
546         use self::ExistentialPredicate::*;
547         match (*self, *other) {
548             (Trait(_), Trait(_)) => Ordering::Equal,
549             (Projection(ref a), Projection(ref b)) =>
550                 tcx.def_path_hash(a.item_def_id).cmp(&tcx.def_path_hash(b.item_def_id)),
551             (AutoTrait(ref a), AutoTrait(ref b)) =>
552                 tcx.trait_def(*a).def_path_hash.cmp(&tcx.trait_def(*b).def_path_hash),
553             (Trait(_), _) => Ordering::Less,
554             (Projection(_), Trait(_)) => Ordering::Greater,
555             (Projection(_), _) => Ordering::Less,
556             (AutoTrait(_), _) => Ordering::Greater,
557         }
558     }
559
560 }
561
562 impl<'a, 'gcx, 'tcx> Binder<ExistentialPredicate<'tcx>> {
563     pub fn with_self_ty(&self, tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>, self_ty: Ty<'tcx>)
564         -> ty::Predicate<'tcx> {
565         use ty::ToPredicate;
566         match *self.skip_binder() {
567             ExistentialPredicate::Trait(tr) => Binder(tr).with_self_ty(tcx, self_ty).to_predicate(),
568             ExistentialPredicate::Projection(p) =>
569                 ty::Predicate::Projection(Binder(p.with_self_ty(tcx, self_ty))),
570             ExistentialPredicate::AutoTrait(did) => {
571                 let trait_ref = Binder(ty::TraitRef {
572                     def_id: did,
573                     substs: tcx.mk_substs_trait(self_ty, &[]),
574                 });
575                 trait_ref.to_predicate()
576             }
577         }
578     }
579 }
580
581 impl<'tcx> serialize::UseSpecializedDecodable for &'tcx List<ExistentialPredicate<'tcx>> {}
582
583 impl<'tcx> List<ExistentialPredicate<'tcx>> {
584     pub fn principal(&self) -> ExistentialTraitRef<'tcx> {
585         match self[0] {
586             ExistentialPredicate::Trait(tr) => tr,
587             other => bug!("first predicate is {:?}", other),
588         }
589     }
590
591     #[inline]
592     pub fn projection_bounds<'a>(&'a self) ->
593         impl Iterator<Item=ExistentialProjection<'tcx>> + 'a {
594         self.iter().filter_map(|predicate| {
595             match *predicate {
596                 ExistentialPredicate::Projection(p) => Some(p),
597                 _ => None,
598             }
599         })
600     }
601
602     #[inline]
603     pub fn auto_traits<'a>(&'a self) -> impl Iterator<Item=DefId> + 'a {
604         self.iter().filter_map(|predicate| {
605             match *predicate {
606                 ExistentialPredicate::AutoTrait(d) => Some(d),
607                 _ => None
608             }
609         })
610     }
611 }
612
613 impl<'tcx> Binder<&'tcx List<ExistentialPredicate<'tcx>>> {
614     pub fn principal(&self) -> PolyExistentialTraitRef<'tcx> {
615         Binder::bind(self.skip_binder().principal())
616     }
617
618     #[inline]
619     pub fn projection_bounds<'a>(&'a self) ->
620         impl Iterator<Item=PolyExistentialProjection<'tcx>> + 'a {
621         self.skip_binder().projection_bounds().map(Binder::bind)
622     }
623
624     #[inline]
625     pub fn auto_traits<'a>(&'a self) -> impl Iterator<Item=DefId> + 'a {
626         self.skip_binder().auto_traits()
627     }
628
629     pub fn iter<'a>(&'a self)
630         -> impl DoubleEndedIterator<Item=Binder<ExistentialPredicate<'tcx>>> + 'tcx {
631         self.skip_binder().iter().cloned().map(Binder::bind)
632     }
633 }
634
635 /// A complete reference to a trait. These take numerous guises in syntax,
636 /// but perhaps the most recognizable form is in a where clause:
637 ///
638 ///     T: Foo<U>
639 ///
640 /// This would be represented by a trait-reference where the def-id is the
641 /// def-id for the trait `Foo` and the substs define `T` as parameter 0,
642 /// and `U` as parameter 1.
643 ///
644 /// Trait references also appear in object types like `Foo<U>`, but in
645 /// that case the `Self` parameter is absent from the substitutions.
646 ///
647 /// Note that a `TraitRef` introduces a level of region binding, to
648 /// account for higher-ranked trait bounds like `T: for<'a> Foo<&'a U>`
649 /// or higher-ranked object types.
650 #[derive(Copy, Clone, PartialEq, Eq, Hash, RustcEncodable, RustcDecodable)]
651 pub struct TraitRef<'tcx> {
652     pub def_id: DefId,
653     pub substs: &'tcx Substs<'tcx>,
654 }
655
656 impl<'tcx> TraitRef<'tcx> {
657     pub fn new(def_id: DefId, substs: &'tcx Substs<'tcx>) -> TraitRef<'tcx> {
658         TraitRef { def_id: def_id, substs: substs }
659     }
660
661     /// Returns a `TraitRef` of the form `P0: Foo<P1..Pn>` where `Pi`
662     /// are the parameters defined on trait.
663     pub fn identity<'a, 'gcx>(tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>, def_id: DefId) -> TraitRef<'tcx> {
664         TraitRef {
665             def_id,
666             substs: Substs::identity_for_item(tcx, def_id),
667         }
668     }
669
670     pub fn self_ty(&self) -> Ty<'tcx> {
671         self.substs.type_at(0)
672     }
673
674     pub fn input_types<'a>(&'a self) -> impl DoubleEndedIterator<Item = Ty<'tcx>> + 'a {
675         // Select only the "input types" from a trait-reference. For
676         // now this is all the types that appear in the
677         // trait-reference, but it should eventually exclude
678         // associated types.
679         self.substs.types()
680     }
681
682     pub fn from_method(tcx: TyCtxt<'_, '_, 'tcx>,
683                        trait_id: DefId,
684                        substs: &Substs<'tcx>)
685                        -> ty::TraitRef<'tcx> {
686         let defs = tcx.generics_of(trait_id);
687
688         ty::TraitRef {
689             def_id: trait_id,
690             substs: tcx.intern_substs(&substs[..defs.params.len()])
691         }
692     }
693 }
694
695 pub type PolyTraitRef<'tcx> = Binder<TraitRef<'tcx>>;
696
697 impl<'tcx> PolyTraitRef<'tcx> {
698     pub fn self_ty(&self) -> Ty<'tcx> {
699         self.skip_binder().self_ty()
700     }
701
702     pub fn def_id(&self) -> DefId {
703         self.skip_binder().def_id
704     }
705
706     pub fn to_poly_trait_predicate(&self) -> ty::PolyTraitPredicate<'tcx> {
707         // Note that we preserve binding levels
708         Binder(ty::TraitPredicate { trait_ref: self.skip_binder().clone() })
709     }
710 }
711
712 /// An existential reference to a trait, where `Self` is erased.
713 /// For example, the trait object `Trait<'a, 'b, X, Y>` is:
714 ///
715 ///     exists T. T: Trait<'a, 'b, X, Y>
716 ///
717 /// The substitutions don't include the erased `Self`, only trait
718 /// type and lifetime parameters (`[X, Y]` and `['a, 'b]` above).
719 #[derive(Copy, Clone, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash, RustcEncodable, RustcDecodable)]
720 pub struct ExistentialTraitRef<'tcx> {
721     pub def_id: DefId,
722     pub substs: &'tcx Substs<'tcx>,
723 }
724
725 impl<'a, 'gcx, 'tcx> ExistentialTraitRef<'tcx> {
726     pub fn input_types<'b>(&'b self) -> impl DoubleEndedIterator<Item=Ty<'tcx>> + 'b {
727         // Select only the "input types" from a trait-reference. For
728         // now this is all the types that appear in the
729         // trait-reference, but it should eventually exclude
730         // associated types.
731         self.substs.types()
732     }
733
734     pub fn erase_self_ty(tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>,
735                          trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>)
736                          -> ty::ExistentialTraitRef<'tcx> {
737         // Assert there is a Self.
738         trait_ref.substs.type_at(0);
739
740         ty::ExistentialTraitRef {
741             def_id: trait_ref.def_id,
742             substs: tcx.intern_substs(&trait_ref.substs[1..])
743         }
744     }
745
746     /// Object types don't have a self-type specified. Therefore, when
747     /// we convert the principal trait-ref into a normal trait-ref,
748     /// you must give *some* self-type. A common choice is `mk_err()`
749     /// or some placeholder type.
750     pub fn with_self_ty(&self, tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>, self_ty: Ty<'tcx>)
751         -> ty::TraitRef<'tcx>  {
752         // otherwise the escaping vars would be captured by the binder
753         // debug_assert!(!self_ty.has_escaping_bound_vars());
754
755         ty::TraitRef {
756             def_id: self.def_id,
757             substs: tcx.mk_substs_trait(self_ty, self.substs)
758         }
759     }
760 }
761
762 pub type PolyExistentialTraitRef<'tcx> = Binder<ExistentialTraitRef<'tcx>>;
763
764 impl<'tcx> PolyExistentialTraitRef<'tcx> {
765     pub fn def_id(&self) -> DefId {
766         self.skip_binder().def_id
767     }
768
769     /// Object types don't have a self-type specified. Therefore, when
770     /// we convert the principal trait-ref into a normal trait-ref,
771     /// you must give *some* self-type. A common choice is `mk_err()`
772     /// or some placeholder type.
773     pub fn with_self_ty(&self, tcx: TyCtxt<'_, '_, 'tcx>,
774                         self_ty: Ty<'tcx>)
775                         -> ty::PolyTraitRef<'tcx>  {
776         self.map_bound(|trait_ref| trait_ref.with_self_ty(tcx, self_ty))
777     }
778 }
779
780 /// Binder is a binder for higher-ranked lifetimes or types. It is part of the
781 /// compiler's representation for things like `for<'a> Fn(&'a isize)`
782 /// (which would be represented by the type `PolyTraitRef ==
783 /// Binder<TraitRef>`). Note that when we instantiate,
784 /// erase, or otherwise "discharge" these bound vars, we change the
785 /// type from `Binder<T>` to just `T` (see
786 /// e.g. `liberate_late_bound_regions`).
787 #[derive(Copy, Clone, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash, Debug, RustcEncodable, RustcDecodable)]
788 pub struct Binder<T>(T);
789
790 impl<T> Binder<T> {
791     /// Wraps `value` in a binder, asserting that `value` does not
792     /// contain any bound vars that would be bound by the
793     /// binder. This is commonly used to 'inject' a value T into a
794     /// different binding level.
795     pub fn dummy<'tcx>(value: T) -> Binder<T>
796         where T: TypeFoldable<'tcx>
797     {
798         debug_assert!(!value.has_escaping_bound_vars());
799         Binder(value)
800     }
801
802     /// Wraps `value` in a binder, binding higher-ranked vars (if any).
803     pub fn bind<'tcx>(value: T) -> Binder<T> {
804         Binder(value)
805     }
806
807     /// Skips the binder and returns the "bound" value. This is a
808     /// risky thing to do because it's easy to get confused about
809     /// debruijn indices and the like. It is usually better to
810     /// discharge the binder using `no_bound_vars` or
811     /// `replace_late_bound_regions` or something like
812     /// that. `skip_binder` is only valid when you are either
813     /// extracting data that has nothing to do with bound vars, you
814     /// are doing some sort of test that does not involve bound
815     /// regions, or you are being very careful about your depth
816     /// accounting.
817     ///
818     /// Some examples where `skip_binder` is reasonable:
819     ///
820     /// - extracting the def-id from a PolyTraitRef;
821     /// - comparing the self type of a PolyTraitRef to see if it is equal to
822     ///   a type parameter `X`, since the type `X` does not reference any regions
823     pub fn skip_binder(&self) -> &T {
824         &self.0
825     }
826
827     pub fn as_ref(&self) -> Binder<&T> {
828         Binder(&self.0)
829     }
830
831     pub fn map_bound_ref<F, U>(&self, f: F) -> Binder<U>
832         where F: FnOnce(&T) -> U
833     {
834         self.as_ref().map_bound(f)
835     }
836
837     pub fn map_bound<F, U>(self, f: F) -> Binder<U>
838         where F: FnOnce(T) -> U
839     {
840         Binder(f(self.0))
841     }
842
843     /// Unwraps and returns the value within, but only if it contains
844     /// no bound vars at all. (In other words, if this binder --
845     /// and indeed any enclosing binder -- doesn't bind anything at
846     /// all.) Otherwise, returns `None`.
847     ///
848     /// (One could imagine having a method that just unwraps a single
849     /// binder, but permits late-bound vars bound by enclosing
850     /// binders, but that would require adjusting the debruijn
851     /// indices, and given the shallow binding structure we often use,
852     /// would not be that useful.)
853     pub fn no_bound_vars<'tcx>(self) -> Option<T>
854         where T: TypeFoldable<'tcx>
855     {
856         if self.skip_binder().has_escaping_bound_vars() {
857             None
858         } else {
859             Some(self.skip_binder().clone())
860         }
861     }
862
863     /// Given two things that have the same binder level,
864     /// and an operation that wraps on their contents, execute the operation
865     /// and then wrap its result.
866     ///
867     /// `f` should consider bound regions at depth 1 to be free, and
868     /// anything it produces with bound regions at depth 1 will be
869     /// bound in the resulting return value.
870     pub fn fuse<U,F,R>(self, u: Binder<U>, f: F) -> Binder<R>
871         where F: FnOnce(T, U) -> R
872     {
873         Binder(f(self.0, u.0))
874     }
875
876     /// Split the contents into two things that share the same binder
877     /// level as the original, returning two distinct binders.
878     ///
879     /// `f` should consider bound regions at depth 1 to be free, and
880     /// anything it produces with bound regions at depth 1 will be
881     /// bound in the resulting return values.
882     pub fn split<U,V,F>(self, f: F) -> (Binder<U>, Binder<V>)
883         where F: FnOnce(T) -> (U, V)
884     {
885         let (u, v) = f(self.0);
886         (Binder(u), Binder(v))
887     }
888 }
889
890 /// Represents the projection of an associated type. In explicit UFCS
891 /// form this would be written `<T as Trait<..>>::N`.
892 #[derive(Copy, Clone, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash, Debug, RustcEncodable, RustcDecodable)]
893 pub struct ProjectionTy<'tcx> {
894     /// The parameters of the associated item.
895     pub substs: &'tcx Substs<'tcx>,
896
897     /// The `DefId` of the `TraitItem` for the associated type `N`.
898     ///
899     /// Note that this is not the `DefId` of the `TraitRef` containing this
900     /// associated type, which is in `tcx.associated_item(item_def_id).container`.
901     pub item_def_id: DefId,
902 }
903
904 impl<'a, 'tcx> ProjectionTy<'tcx> {
905     /// Construct a `ProjectionTy` by searching the trait from `trait_ref` for the
906     /// associated item named `item_name`.
907     pub fn from_ref_and_name(
908         tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>, trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>, item_name: Ident
909     ) -> ProjectionTy<'tcx> {
910         let item_def_id = tcx.associated_items(trait_ref.def_id).find(|item| {
911             item.kind == ty::AssociatedKind::Type &&
912             tcx.hygienic_eq(item_name, item.ident, trait_ref.def_id)
913         }).unwrap().def_id;
914
915         ProjectionTy {
916             substs: trait_ref.substs,
917             item_def_id,
918         }
919     }
920
921     /// Extracts the underlying trait reference from this projection.
922     /// For example, if this is a projection of `<T as Iterator>::Item`,
923     /// then this function would return a `T: Iterator` trait reference.
924     pub fn trait_ref(&self, tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>) -> ty::TraitRef<'tcx> {
925         let def_id = tcx.associated_item(self.item_def_id).container.id();
926         ty::TraitRef {
927             def_id,
928             substs: self.substs,
929         }
930     }
931
932     pub fn self_ty(&self) -> Ty<'tcx> {
933         self.substs.type_at(0)
934     }
935 }
936
937 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq, Hash, RustcEncodable, RustcDecodable)]
938 pub struct GenSig<'tcx> {
939     pub yield_ty: Ty<'tcx>,
940     pub return_ty: Ty<'tcx>,
941 }
942
943 pub type PolyGenSig<'tcx> = Binder<GenSig<'tcx>>;
944
945 impl<'tcx> PolyGenSig<'tcx> {
946     pub fn yield_ty(&self) -> ty::Binder<Ty<'tcx>> {
947         self.map_bound_ref(|sig| sig.yield_ty)
948     }
949     pub fn return_ty(&self) -> ty::Binder<Ty<'tcx>> {
950         self.map_bound_ref(|sig| sig.return_ty)
951     }
952 }
953
954 /// Signature of a function type, which I have arbitrarily
955 /// decided to use to refer to the input/output types.
956 ///
957 /// - `inputs` is the list of arguments and their modes.
958 /// - `output` is the return type.
959 /// - `variadic` indicates whether this is a variadic function. (only true for foreign fns)
960 #[derive(Copy, Clone, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash, RustcEncodable, RustcDecodable)]
961 pub struct FnSig<'tcx> {
962     pub inputs_and_output: &'tcx List<Ty<'tcx>>,
963     pub variadic: bool,
964     pub unsafety: hir::Unsafety,
965     pub abi: abi::Abi,
966 }
967
968 impl<'tcx> FnSig<'tcx> {
969     pub fn inputs(&self) -> &'tcx [Ty<'tcx>] {
970         &self.inputs_and_output[..self.inputs_and_output.len() - 1]
971     }
972
973     pub fn output(&self) -> Ty<'tcx> {
974         self.inputs_and_output[self.inputs_and_output.len() - 1]
975     }
976 }
977
978 pub type PolyFnSig<'tcx> = Binder<FnSig<'tcx>>;
979
980 impl<'tcx> PolyFnSig<'tcx> {
981     pub fn inputs(&self) -> Binder<&'tcx [Ty<'tcx>]> {
982         self.map_bound_ref(|fn_sig| fn_sig.inputs())
983     }
984     pub fn input(&self, index: usize) -> ty::Binder<Ty<'tcx>> {
985         self.map_bound_ref(|fn_sig| fn_sig.inputs()[index])
986     }
987     pub fn inputs_and_output(&self) -> ty::Binder<&'tcx List<Ty<'tcx>>> {
988         self.map_bound_ref(|fn_sig| fn_sig.inputs_and_output)
989     }
990     pub fn output(&self) -> ty::Binder<Ty<'tcx>> {
991         self.map_bound_ref(|fn_sig| fn_sig.output())
992     }
993     pub fn variadic(&self) -> bool {
994         self.skip_binder().variadic
995     }
996     pub fn unsafety(&self) -> hir::Unsafety {
997         self.skip_binder().unsafety
998     }
999     pub fn abi(&self) -> abi::Abi {
1000         self.skip_binder().abi
1001     }
1002 }
1003
1004 pub type CanonicalPolyFnSig<'tcx> = Canonical<'tcx, Binder<FnSig<'tcx>>>;
1005
1006
1007 #[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash, RustcEncodable, RustcDecodable)]
1008 pub struct ParamTy {
1009     pub idx: u32,
1010     pub name: InternedString,
1011 }
1012
1013 impl<'a, 'gcx, 'tcx> ParamTy {
1014     pub fn new(index: u32, name: InternedString) -> ParamTy {
1015         ParamTy { idx: index, name: name }
1016     }
1017
1018     pub fn for_self() -> ParamTy {
1019         ParamTy::new(0, keywords::SelfType.name().as_interned_str())
1020     }
1021
1022     pub fn for_def(def: &ty::GenericParamDef) -> ParamTy {
1023         ParamTy::new(def.index, def.name)
1024     }
1025
1026     pub fn to_ty(self, tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>) -> Ty<'tcx> {
1027         tcx.mk_ty_param(self.idx, self.name)
1028     }
1029
1030     pub fn is_self(&self) -> bool {
1031         // FIXME(#50125): Ignoring `Self` with `idx != 0` might lead to weird behavior elsewhere,
1032         // but this should only be possible when using `-Z continue-parse-after-error` like
1033         // `compile-fail/issue-36638.rs`.
1034         self.name == keywords::SelfType.name().as_str() && self.idx == 0
1035     }
1036 }
1037
1038 /// A [De Bruijn index][dbi] is a standard means of representing
1039 /// regions (and perhaps later types) in a higher-ranked setting. In
1040 /// particular, imagine a type like this:
1041 ///
1042 ///     for<'a> fn(for<'b> fn(&'b isize, &'a isize), &'a char)
1043 ///     ^          ^            |        |         |
1044 ///     |          |            |        |         |
1045 ///     |          +------------+ 0      |         |
1046 ///     |                                |         |
1047 ///     +--------------------------------+ 1       |
1048 ///     |                                          |
1049 ///     +------------------------------------------+ 0
1050 ///
1051 /// In this type, there are two binders (the outer fn and the inner
1052 /// fn). We need to be able to determine, for any given region, which
1053 /// fn type it is bound by, the inner or the outer one. There are
1054 /// various ways you can do this, but a De Bruijn index is one of the
1055 /// more convenient and has some nice properties. The basic idea is to
1056 /// count the number of binders, inside out. Some examples should help
1057 /// clarify what I mean.
1058 ///
1059 /// Let's start with the reference type `&'b isize` that is the first
1060 /// argument to the inner function. This region `'b` is assigned a De
1061 /// Bruijn index of 0, meaning "the innermost binder" (in this case, a
1062 /// fn). The region `'a` that appears in the second argument type (`&'a
1063 /// isize`) would then be assigned a De Bruijn index of 1, meaning "the
1064 /// second-innermost binder". (These indices are written on the arrays
1065 /// in the diagram).
1066 ///
1067 /// What is interesting is that De Bruijn index attached to a particular
1068 /// variable will vary depending on where it appears. For example,
1069 /// the final type `&'a char` also refers to the region `'a` declared on
1070 /// the outermost fn. But this time, this reference is not nested within
1071 /// any other binders (i.e., it is not an argument to the inner fn, but
1072 /// rather the outer one). Therefore, in this case, it is assigned a
1073 /// De Bruijn index of 0, because the innermost binder in that location
1074 /// is the outer fn.
1075 ///
1076 /// [dbi]: http://en.wikipedia.org/wiki/De_Bruijn_index
1077 newtype_index! {
1078     pub struct DebruijnIndex {
1079         DEBUG_FORMAT = "DebruijnIndex({})",
1080         const INNERMOST = 0,
1081     }
1082 }
1083
1084 pub type Region<'tcx> = &'tcx RegionKind;
1085
1086 /// Representation of regions.
1087 ///
1088 /// Unlike types, most region variants are "fictitious", not concrete,
1089 /// regions. Among these, `ReStatic`, `ReEmpty` and `ReScope` are the only
1090 /// ones representing concrete regions.
1091 ///
1092 /// ## Bound Regions
1093 ///
1094 /// These are regions that are stored behind a binder and must be substituted
1095 /// with some concrete region before being used. There are 2 kind of
1096 /// bound regions: early-bound, which are bound in an item's Generics,
1097 /// and are substituted by a Substs,  and late-bound, which are part of
1098 /// higher-ranked types (e.g. `for<'a> fn(&'a ())`) and are substituted by
1099 /// the likes of `liberate_late_bound_regions`. The distinction exists
1100 /// because higher-ranked lifetimes aren't supported in all places. See [1][2].
1101 ///
1102 /// Unlike Param-s, bound regions are not supposed to exist "in the wild"
1103 /// outside their binder, e.g. in types passed to type inference, and
1104 /// should first be substituted (by placeholder regions, free regions,
1105 /// or region variables).
1106 ///
1107 /// ## Placeholder and Free Regions
1108 ///
1109 /// One often wants to work with bound regions without knowing their precise
1110 /// identity. For example, when checking a function, the lifetime of a borrow
1111 /// can end up being assigned to some region parameter. In these cases,
1112 /// it must be ensured that bounds on the region can't be accidentally
1113 /// assumed without being checked.
1114 ///
1115 /// To do this, we replace the bound regions with placeholder markers,
1116 /// which don't satisfy any relation not explicitly provided.
1117 ///
1118 /// There are 2 kinds of placeholder regions in rustc: `ReFree` and
1119 /// `RePlaceholder`. When checking an item's body, `ReFree` is supposed
1120 /// to be used. These also support explicit bounds: both the internally-stored
1121 /// *scope*, which the region is assumed to outlive, as well as other
1122 /// relations stored in the `FreeRegionMap`. Note that these relations
1123 /// aren't checked when you `make_subregion` (or `eq_types`), only by
1124 /// `resolve_regions_and_report_errors`.
1125 ///
1126 /// When working with higher-ranked types, some region relations aren't
1127 /// yet known, so you can't just call `resolve_regions_and_report_errors`.
1128 /// `RePlaceholder` is designed for this purpose. In these contexts,
1129 /// there's also the risk that some inference variable laying around will
1130 /// get unified with your placeholder region: if you want to check whether
1131 /// `for<'a> Foo<'_>: 'a`, and you substitute your bound region `'a`
1132 /// with a placeholder region `'%a`, the variable `'_` would just be
1133 /// instantiated to the placeholder region `'%a`, which is wrong because
1134 /// the inference variable is supposed to satisfy the relation
1135 /// *for every value of the placeholder region*. To ensure that doesn't
1136 /// happen, you can use `leak_check`. This is more clearly explained
1137 /// by the [rustc guide].
1138 ///
1139 /// [1]: http://smallcultfollowing.com/babysteps/blog/2013/10/29/intermingled-parameter-lists/
1140 /// [2]: http://smallcultfollowing.com/babysteps/blog/2013/11/04/intermingled-parameter-lists/
1141 /// [rustc guide]: https://rust-lang.github.io/rustc-guide/traits/hrtb.html
1142 #[derive(Clone, PartialEq, Eq, Hash, Copy, RustcEncodable, RustcDecodable, PartialOrd, Ord)]
1143 pub enum RegionKind {
1144     // Region bound in a type or fn declaration which will be
1145     // substituted 'early' -- that is, at the same time when type
1146     // parameters are substituted.
1147     ReEarlyBound(EarlyBoundRegion),
1148
1149     // Region bound in a function scope, which will be substituted when the
1150     // function is called.
1151     ReLateBound(DebruijnIndex, BoundRegion),
1152
1153     /// When checking a function body, the types of all arguments and so forth
1154     /// that refer to bound region parameters are modified to refer to free
1155     /// region parameters.
1156     ReFree(FreeRegion),
1157
1158     /// A concrete region naming some statically determined scope
1159     /// (e.g. an expression or sequence of statements) within the
1160     /// current function.
1161     ReScope(region::Scope),
1162
1163     /// Static data that has an "infinite" lifetime. Top in the region lattice.
1164     ReStatic,
1165
1166     /// A region variable.  Should not exist after typeck.
1167     ReVar(RegionVid),
1168
1169     /// A placeholder region - basically the higher-ranked version of ReFree.
1170     /// Should not exist after typeck.
1171     RePlaceholder(ty::PlaceholderRegion),
1172
1173     /// Empty lifetime is for data that is never accessed.
1174     /// Bottom in the region lattice. We treat ReEmpty somewhat
1175     /// specially; at least right now, we do not generate instances of
1176     /// it during the GLB computations, but rather
1177     /// generate an error instead. This is to improve error messages.
1178     /// The only way to get an instance of ReEmpty is to have a region
1179     /// variable with no constraints.
1180     ReEmpty,
1181
1182     /// Erased region, used by trait selection, in MIR and during codegen.
1183     ReErased,
1184
1185     /// These are regions bound in the "defining type" for a
1186     /// closure. They are used ONLY as part of the
1187     /// `ClosureRegionRequirements` that are produced by MIR borrowck.
1188     /// See `ClosureRegionRequirements` for more details.
1189     ReClosureBound(RegionVid),
1190 }
1191
1192 impl<'tcx> serialize::UseSpecializedDecodable for Region<'tcx> {}
1193
1194 #[derive(Copy, Clone, PartialEq, Eq, Hash, RustcEncodable, RustcDecodable, Debug, PartialOrd, Ord)]
1195 pub struct EarlyBoundRegion {
1196     pub def_id: DefId,
1197     pub index: u32,
1198     pub name: InternedString,
1199 }
1200
1201 #[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash, RustcEncodable, RustcDecodable)]
1202 pub struct TyVid {
1203     pub index: u32,
1204 }
1205
1206 #[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash, RustcEncodable, RustcDecodable)]
1207 pub struct IntVid {
1208     pub index: u32,
1209 }
1210
1211 #[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash, RustcEncodable, RustcDecodable)]
1212 pub struct FloatVid {
1213     pub index: u32,
1214 }
1215
1216 newtype_index! {
1217     pub struct RegionVid {
1218         DEBUG_FORMAT = custom,
1219     }
1220 }
1221
1222 impl Atom for RegionVid {
1223     fn index(self) -> usize {
1224         Idx::index(self)
1225     }
1226 }
1227
1228 #[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash, RustcEncodable, RustcDecodable)]
1229 pub enum InferTy {
1230     TyVar(TyVid),
1231     IntVar(IntVid),
1232     FloatVar(FloatVid),
1233
1234     /// A `FreshTy` is one that is generated as a replacement for an
1235     /// unbound type variable. This is convenient for caching etc. See
1236     /// `infer::freshen` for more details.
1237     FreshTy(u32),
1238     FreshIntTy(u32),
1239     FreshFloatTy(u32),
1240 }
1241
1242 newtype_index! {
1243     pub struct BoundVar { .. }
1244 }
1245
1246 #[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash, Debug, RustcEncodable, RustcDecodable)]
1247 pub struct BoundTy {
1248     pub var: BoundVar,
1249     pub kind: BoundTyKind,
1250 }
1251
1252 #[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash, Debug, RustcEncodable, RustcDecodable)]
1253 pub enum BoundTyKind {
1254     Anon,
1255     Param(InternedString),
1256 }
1257
1258 impl_stable_hash_for!(struct BoundTy { var, kind });
1259 impl_stable_hash_for!(enum self::BoundTyKind { Anon, Param(a) });
1260
1261 impl From<BoundVar> for BoundTy {
1262     fn from(var: BoundVar) -> Self {
1263         BoundTy {
1264             var,
1265             kind: BoundTyKind::Anon,
1266         }
1267     }
1268 }
1269
1270 /// A `ProjectionPredicate` for an `ExistentialTraitRef`.
1271 #[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash, Debug, RustcEncodable, RustcDecodable)]
1272 pub struct ExistentialProjection<'tcx> {
1273     pub item_def_id: DefId,
1274     pub substs: &'tcx Substs<'tcx>,
1275     pub ty: Ty<'tcx>,
1276 }
1277
1278 pub type PolyExistentialProjection<'tcx> = Binder<ExistentialProjection<'tcx>>;
1279
1280 impl<'a, 'tcx, 'gcx> ExistentialProjection<'tcx> {
1281     /// Extracts the underlying existential trait reference from this projection.
1282     /// For example, if this is a projection of `exists T. <T as Iterator>::Item == X`,
1283     /// then this function would return a `exists T. T: Iterator` existential trait
1284     /// reference.
1285     pub fn trait_ref(&self, tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>) -> ty::ExistentialTraitRef<'tcx> {
1286         let def_id = tcx.associated_item(self.item_def_id).container.id();
1287         ty::ExistentialTraitRef{
1288             def_id,
1289             substs: self.substs,
1290         }
1291     }
1292
1293     pub fn with_self_ty(&self, tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>,
1294                         self_ty: Ty<'tcx>)
1295                         -> ty::ProjectionPredicate<'tcx>
1296     {
1297         // otherwise the escaping regions would be captured by the binders
1298         debug_assert!(!self_ty.has_escaping_bound_vars());
1299
1300         ty::ProjectionPredicate {
1301             projection_ty: ty::ProjectionTy {
1302                 item_def_id: self.item_def_id,
1303                 substs: tcx.mk_substs_trait(self_ty, self.substs),
1304             },
1305             ty: self.ty,
1306         }
1307     }
1308 }
1309
1310 impl<'a, 'tcx, 'gcx> PolyExistentialProjection<'tcx> {
1311     pub fn with_self_ty(&self, tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>, self_ty: Ty<'tcx>)
1312         -> ty::PolyProjectionPredicate<'tcx> {
1313         self.map_bound(|p| p.with_self_ty(tcx, self_ty))
1314     }
1315
1316     pub fn item_def_id(&self) -> DefId {
1317         return self.skip_binder().item_def_id;
1318     }
1319 }
1320
1321 impl DebruijnIndex {
1322     /// Returns the resulting index when this value is moved into
1323     /// `amount` number of new binders. So e.g. if you had
1324     ///
1325     ///    for<'a> fn(&'a x)
1326     ///
1327     /// and you wanted to change to
1328     ///
1329     ///    for<'a> fn(for<'b> fn(&'a x))
1330     ///
1331     /// you would need to shift the index for `'a` into 1 new binder.
1332     #[must_use]
1333     pub fn shifted_in(self, amount: u32) -> DebruijnIndex {
1334         DebruijnIndex::from_u32(self.as_u32() + amount)
1335     }
1336
1337     /// Update this index in place by shifting it "in" through
1338     /// `amount` number of binders.
1339     pub fn shift_in(&mut self, amount: u32) {
1340         *self = self.shifted_in(amount);
1341     }
1342
1343     /// Returns the resulting index when this value is moved out from
1344     /// `amount` number of new binders.
1345     #[must_use]
1346     pub fn shifted_out(self, amount: u32) -> DebruijnIndex {
1347         DebruijnIndex::from_u32(self.as_u32() - amount)
1348     }
1349
1350     /// Update in place by shifting out from `amount` binders.
1351     pub fn shift_out(&mut self, amount: u32) {
1352         *self = self.shifted_out(amount);
1353     }
1354
1355     /// Adjusts any Debruijn Indices so as to make `to_binder` the
1356     /// innermost binder. That is, if we have something bound at `to_binder`,
1357     /// it will now be bound at INNERMOST. This is an appropriate thing to do
1358     /// when moving a region out from inside binders:
1359     ///
1360     /// ```
1361     ///             for<'a>   fn(for<'b>   for<'c>   fn(&'a u32), _)
1362     /// // Binder:  D3           D2        D1            ^^
1363     /// ```
1364     ///
1365     /// Here, the region `'a` would have the debruijn index D3,
1366     /// because it is the bound 3 binders out. However, if we wanted
1367     /// to refer to that region `'a` in the second argument (the `_`),
1368     /// those two binders would not be in scope. In that case, we
1369     /// might invoke `shift_out_to_binder(D3)`. This would adjust the
1370     /// debruijn index of `'a` to D1 (the innermost binder).
1371     ///
1372     /// If we invoke `shift_out_to_binder` and the region is in fact
1373     /// bound by one of the binders we are shifting out of, that is an
1374     /// error (and should fail an assertion failure).
1375     pub fn shifted_out_to_binder(self, to_binder: DebruijnIndex) -> Self {
1376         self.shifted_out(to_binder.as_u32() - INNERMOST.as_u32())
1377     }
1378 }
1379
1380 impl_stable_hash_for!(struct DebruijnIndex { private });
1381
1382 /// Region utilities
1383 impl RegionKind {
1384     /// Is this region named by the user?
1385     pub fn has_name(&self) -> bool {
1386         match *self {
1387             RegionKind::ReEarlyBound(ebr) => ebr.has_name(),
1388             RegionKind::ReLateBound(_, br) => br.is_named(),
1389             RegionKind::ReFree(fr) => fr.bound_region.is_named(),
1390             RegionKind::ReScope(..) => false,
1391             RegionKind::ReStatic => true,
1392             RegionKind::ReVar(..) => false,
1393             RegionKind::RePlaceholder(placeholder) => placeholder.name.is_named(),
1394             RegionKind::ReEmpty => false,
1395             RegionKind::ReErased => false,
1396             RegionKind::ReClosureBound(..) => false,
1397         }
1398     }
1399
1400     pub fn is_late_bound(&self) -> bool {
1401         match *self {
1402             ty::ReLateBound(..) => true,
1403             _ => false,
1404         }
1405     }
1406
1407     pub fn bound_at_or_above_binder(&self, index: DebruijnIndex) -> bool {
1408         match *self {
1409             ty::ReLateBound(debruijn, _) => debruijn >= index,
1410             _ => false,
1411         }
1412     }
1413
1414     /// Adjusts any Debruijn Indices so as to make `to_binder` the
1415     /// innermost binder. That is, if we have something bound at `to_binder`,
1416     /// it will now be bound at INNERMOST. This is an appropriate thing to do
1417     /// when moving a region out from inside binders:
1418     ///
1419     /// ```
1420     ///             for<'a>   fn(for<'b>   for<'c>   fn(&'a u32), _)
1421     /// // Binder:  D3           D2        D1            ^^
1422     /// ```
1423     ///
1424     /// Here, the region `'a` would have the debruijn index D3,
1425     /// because it is the bound 3 binders out. However, if we wanted
1426     /// to refer to that region `'a` in the second argument (the `_`),
1427     /// those two binders would not be in scope. In that case, we
1428     /// might invoke `shift_out_to_binder(D3)`. This would adjust the
1429     /// debruijn index of `'a` to D1 (the innermost binder).
1430     ///
1431     /// If we invoke `shift_out_to_binder` and the region is in fact
1432     /// bound by one of the binders we are shifting out of, that is an
1433     /// error (and should fail an assertion failure).
1434     pub fn shifted_out_to_binder(&self, to_binder: ty::DebruijnIndex) -> RegionKind {
1435         match *self {
1436             ty::ReLateBound(debruijn, r) => ty::ReLateBound(
1437                 debruijn.shifted_out_to_binder(to_binder),
1438                 r,
1439             ),
1440             r => r
1441         }
1442     }
1443
1444     pub fn keep_in_local_tcx(&self) -> bool {
1445         if let ty::ReVar(..) = self {
1446             true
1447         } else {
1448             false
1449         }
1450     }
1451
1452     pub fn type_flags(&self) -> TypeFlags {
1453         let mut flags = TypeFlags::empty();
1454
1455         if self.keep_in_local_tcx() {
1456             flags = flags | TypeFlags::KEEP_IN_LOCAL_TCX;
1457         }
1458
1459         match *self {
1460             ty::ReVar(..) => {
1461                 flags = flags | TypeFlags::HAS_FREE_REGIONS;
1462                 flags = flags | TypeFlags::HAS_RE_INFER;
1463             }
1464             ty::RePlaceholder(..) => {
1465                 flags = flags | TypeFlags::HAS_FREE_REGIONS;
1466                 flags = flags | TypeFlags::HAS_RE_PLACEHOLDER;
1467             }
1468             ty::ReLateBound(..) => {
1469                 flags = flags | TypeFlags::HAS_RE_LATE_BOUND;
1470             }
1471             ty::ReEarlyBound(..) => {
1472                 flags = flags | TypeFlags::HAS_FREE_REGIONS;
1473                 flags = flags | TypeFlags::HAS_RE_EARLY_BOUND;
1474             }
1475             ty::ReEmpty |
1476             ty::ReStatic |
1477             ty::ReFree { .. } |
1478             ty::ReScope { .. } => {
1479                 flags = flags | TypeFlags::HAS_FREE_REGIONS;
1480             }
1481             ty::ReErased => {
1482             }
1483             ty::ReClosureBound(..) => {
1484                 flags = flags | TypeFlags::HAS_FREE_REGIONS;
1485             }
1486         }
1487
1488         match *self {
1489             ty::ReStatic | ty::ReEmpty | ty::ReErased | ty::ReLateBound(..) => (),
1490             _ => flags = flags | TypeFlags::HAS_FREE_LOCAL_NAMES,
1491         }
1492
1493         debug!("type_flags({:?}) = {:?}", self, flags);
1494
1495         flags
1496     }
1497
1498     /// Given an early-bound or free region, returns the def-id where it was bound.
1499     /// For example, consider the regions in this snippet of code:
1500     ///
1501     /// ```
1502     /// impl<'a> Foo {
1503     ///      ^^ -- early bound, declared on an impl
1504     ///
1505     ///     fn bar<'b, 'c>(x: &self, y: &'b u32, z: &'c u64) where 'static: 'c
1506     ///            ^^  ^^     ^ anonymous, late-bound
1507     ///            |   early-bound, appears in where-clauses
1508     ///            late-bound, appears only in fn args
1509     ///     {..}
1510     /// }
1511     /// ```
1512     ///
1513     /// Here, `free_region_binding_scope('a)` would return the def-id
1514     /// of the impl, and for all the other highlighted regions, it
1515     /// would return the def-id of the function. In other cases (not shown), this
1516     /// function might return the def-id of a closure.
1517     pub fn free_region_binding_scope(&self, tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>) -> DefId {
1518         match self {
1519             ty::ReEarlyBound(br) => {
1520                 tcx.parent_def_id(br.def_id).unwrap()
1521             }
1522             ty::ReFree(fr) => fr.scope,
1523             _ => bug!("free_region_binding_scope invoked on inappropriate region: {:?}", self),
1524         }
1525     }
1526 }
1527
1528 /// Type utilities
1529 impl<'a, 'gcx, 'tcx> TyS<'tcx> {
1530     pub fn is_unit(&self) -> bool {
1531         match self.sty {
1532             Tuple(ref tys) => tys.is_empty(),
1533             _ => false,
1534         }
1535     }
1536
1537     pub fn is_never(&self) -> bool {
1538         match self.sty {
1539             Never => true,
1540             _ => false,
1541         }
1542     }
1543
1544     pub fn is_primitive(&self) -> bool {
1545         match self.sty {
1546             Bool | Char | Int(_) | Uint(_) | Float(_) => true,
1547             _ => false,
1548         }
1549     }
1550
1551     pub fn is_ty_var(&self) -> bool {
1552         match self.sty {
1553             Infer(TyVar(_)) => true,
1554             _ => false,
1555         }
1556     }
1557
1558     pub fn is_ty_infer(&self) -> bool {
1559         match self.sty {
1560             Infer(_) => true,
1561             _ => false,
1562         }
1563     }
1564
1565     pub fn is_phantom_data(&self) -> bool {
1566         if let Adt(def, _) = self.sty {
1567             def.is_phantom_data()
1568         } else {
1569             false
1570         }
1571     }
1572
1573     pub fn is_bool(&self) -> bool { self.sty == Bool }
1574
1575     pub fn is_param(&self, index: u32) -> bool {
1576         match self.sty {
1577             ty::Param(ref data) => data.idx == index,
1578             _ => false,
1579         }
1580     }
1581
1582     pub fn is_self(&self) -> bool {
1583         match self.sty {
1584             Param(ref p) => p.is_self(),
1585             _ => false,
1586         }
1587     }
1588
1589     pub fn is_slice(&self) -> bool {
1590         match self.sty {
1591             RawPtr(TypeAndMut { ty, .. }) | Ref(_, ty, _) => match ty.sty {
1592                 Slice(_) | Str => true,
1593                 _ => false,
1594             },
1595             _ => false
1596         }
1597     }
1598
1599     #[inline]
1600     pub fn is_simd(&self) -> bool {
1601         match self.sty {
1602             Adt(def, _) => def.repr.simd(),
1603             _ => false,
1604         }
1605     }
1606
1607     pub fn sequence_element_type(&self, tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>) -> Ty<'tcx> {
1608         match self.sty {
1609             Array(ty, _) | Slice(ty) => ty,
1610             Str => tcx.mk_mach_uint(ast::UintTy::U8),
1611             _ => bug!("sequence_element_type called on non-sequence value: {}", self),
1612         }
1613     }
1614
1615     pub fn simd_type(&self, tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>) -> Ty<'tcx> {
1616         match self.sty {
1617             Adt(def, substs) => {
1618                 def.non_enum_variant().fields[0].ty(tcx, substs)
1619             }
1620             _ => bug!("simd_type called on invalid type")
1621         }
1622     }
1623
1624     pub fn simd_size(&self, _cx: TyCtxt<'_, '_, '_>) -> usize {
1625         match self.sty {
1626             Adt(def, _) => def.non_enum_variant().fields.len(),
1627             _ => bug!("simd_size called on invalid type")
1628         }
1629     }
1630
1631     pub fn is_region_ptr(&self) -> bool {
1632         match self.sty {
1633             Ref(..) => true,
1634             _ => false,
1635         }
1636     }
1637
1638     pub fn is_mutable_pointer(&self) -> bool {
1639         match self.sty {
1640             RawPtr(TypeAndMut { mutbl: hir::Mutability::MutMutable, .. }) |
1641             Ref(_, _, hir::Mutability::MutMutable) => true,
1642             _ => false
1643         }
1644     }
1645
1646     pub fn is_unsafe_ptr(&self) -> bool {
1647         match self.sty {
1648             RawPtr(_) => return true,
1649             _ => return false,
1650         }
1651     }
1652
1653     /// Returns `true` if this type is an `Arc<T>`.
1654     pub fn is_arc(&self) -> bool {
1655         match self.sty {
1656             Adt(def, _) => def.is_arc(),
1657             _ => false,
1658         }
1659     }
1660
1661     /// Returns `true` if this type is an `Rc<T>`.
1662     pub fn is_rc(&self) -> bool {
1663         match self.sty {
1664             Adt(def, _) => def.is_rc(),
1665             _ => false,
1666         }
1667     }
1668
1669     pub fn is_box(&self) -> bool {
1670         match self.sty {
1671             Adt(def, _) => def.is_box(),
1672             _ => false,
1673         }
1674     }
1675
1676     /// panics if called on any type other than `Box<T>`
1677     pub fn boxed_ty(&self) -> Ty<'tcx> {
1678         match self.sty {
1679             Adt(def, substs) if def.is_box() => substs.type_at(0),
1680             _ => bug!("`boxed_ty` is called on non-box type {:?}", self),
1681         }
1682     }
1683
1684     /// A scalar type is one that denotes an atomic datum, with no sub-components.
1685     /// (A RawPtr is scalar because it represents a non-managed pointer, so its
1686     /// contents are abstract to rustc.)
1687     pub fn is_scalar(&self) -> bool {
1688         match self.sty {
1689             Bool | Char | Int(_) | Float(_) | Uint(_) |
1690             Infer(IntVar(_)) | Infer(FloatVar(_)) |
1691             FnDef(..) | FnPtr(_) | RawPtr(_) => true,
1692             _ => false
1693         }
1694     }
1695
1696     /// Returns true if this type is a floating point type and false otherwise.
1697     pub fn is_floating_point(&self) -> bool {
1698         match self.sty {
1699             Float(_) |
1700             Infer(FloatVar(_)) => true,
1701             _ => false,
1702         }
1703     }
1704
1705     pub fn is_trait(&self) -> bool {
1706         match self.sty {
1707             Dynamic(..) => true,
1708             _ => false,
1709         }
1710     }
1711
1712     pub fn is_enum(&self) -> bool {
1713         match self.sty {
1714             Adt(adt_def, _) => {
1715                 adt_def.is_enum()
1716             }
1717             _ => false,
1718         }
1719     }
1720
1721     pub fn is_closure(&self) -> bool {
1722         match self.sty {
1723             Closure(..) => true,
1724             _ => false,
1725         }
1726     }
1727
1728     pub fn is_generator(&self) -> bool {
1729         match self.sty {
1730             Generator(..) => true,
1731             _ => false,
1732         }
1733     }
1734
1735     pub fn is_integral(&self) -> bool {
1736         match self.sty {
1737             Infer(IntVar(_)) | Int(_) | Uint(_) => true,
1738             _ => false
1739         }
1740     }
1741
1742     pub fn is_fresh_ty(&self) -> bool {
1743         match self.sty {
1744             Infer(FreshTy(_)) => true,
1745             _ => false,
1746         }
1747     }
1748
1749     pub fn is_fresh(&self) -> bool {
1750         match self.sty {
1751             Infer(FreshTy(_)) => true,
1752             Infer(FreshIntTy(_)) => true,
1753             Infer(FreshFloatTy(_)) => true,
1754             _ => false,
1755         }
1756     }
1757
1758     pub fn is_char(&self) -> bool {
1759         match self.sty {
1760             Char => true,
1761             _ => false,
1762         }
1763     }
1764
1765     pub fn is_fp(&self) -> bool {
1766         match self.sty {
1767             Infer(FloatVar(_)) | Float(_) => true,
1768             _ => false
1769         }
1770     }
1771
1772     pub fn is_numeric(&self) -> bool {
1773         self.is_integral() || self.is_fp()
1774     }
1775
1776     pub fn is_signed(&self) -> bool {
1777         match self.sty {
1778             Int(_) => true,
1779             _ => false,
1780         }
1781     }
1782
1783     pub fn is_machine(&self) -> bool {
1784         match self.sty {
1785             Int(ast::IntTy::Isize) | Uint(ast::UintTy::Usize) => false,
1786             Int(..) | Uint(..) | Float(..) => true,
1787             _ => false,
1788         }
1789     }
1790
1791     pub fn has_concrete_skeleton(&self) -> bool {
1792         match self.sty {
1793             Param(_) | Infer(_) | Error => false,
1794             _ => true,
1795         }
1796     }
1797
1798     /// Returns the type and mutability of *ty.
1799     ///
1800     /// The parameter `explicit` indicates if this is an *explicit* dereference.
1801     /// Some types---notably unsafe ptrs---can only be dereferenced explicitly.
1802     pub fn builtin_deref(&self, explicit: bool) -> Option<TypeAndMut<'tcx>> {
1803         match self.sty {
1804             Adt(def, _) if def.is_box() => {
1805                 Some(TypeAndMut {
1806                     ty: self.boxed_ty(),
1807                     mutbl: hir::MutImmutable,
1808                 })
1809             },
1810             Ref(_, ty, mutbl) => Some(TypeAndMut { ty, mutbl }),
1811             RawPtr(mt) if explicit => Some(mt),
1812             _ => None,
1813         }
1814     }
1815
1816     /// Returns the type of `ty[i]`.
1817     pub fn builtin_index(&self) -> Option<Ty<'tcx>> {
1818         match self.sty {
1819             Array(ty, _) | Slice(ty) => Some(ty),
1820             _ => None,
1821         }
1822     }
1823
1824     pub fn fn_sig(&self, tcx: TyCtxt<'a, 'gcx, 'tcx>) -> PolyFnSig<'tcx> {
1825         match self.sty {
1826             FnDef(def_id, substs) => {
1827                 tcx.fn_sig(def_id).subst(tcx, substs)
1828             }
1829             FnPtr(f) => f,
1830             _ => bug!("Ty::fn_sig() called on non-fn type: {:?}", self)
1831         }
1832     }
1833
1834     pub fn is_fn(&self) -> bool {
1835         match self.sty {
1836             FnDef(..) | FnPtr(_) => true,
1837             _ => false,
1838         }
1839     }
1840
1841     pub fn is_impl_trait(&self) -> bool {
1842         match self.sty {
1843             Opaque(..) => true,
1844             _ => false,
1845         }
1846     }
1847
1848     pub fn ty_adt_def(&self) -> Option<&'tcx AdtDef> {
1849         match self.sty {
1850             Adt(adt, _) => Some(adt),
1851             _ => None,
1852         }
1853     }
1854
1855     /// Push onto `out` the regions directly referenced from this type (but not
1856     /// types reachable from this type via `walk_tys`). This ignores late-bound
1857     /// regions binders.
1858     pub fn push_regions(&self, out: &mut SmallVec<[ty::Region<'tcx>; 4]>) {
1859         match self.sty {
1860             Ref(region, _, _) => {
1861                 out.push(region);
1862             }
1863             Dynamic(ref obj, region) => {
1864                 out.push(region);
1865                 out.extend(obj.principal().skip_binder().substs.regions());
1866             }
1867             Adt(_, substs) | Opaque(_, substs) => {
1868                 out.extend(substs.regions())
1869             }
1870             Closure(_, ClosureSubsts { ref substs }) |
1871             Generator(_, GeneratorSubsts { ref substs }, _) => {
1872                 out.extend(substs.regions())
1873             }
1874             Projection(ref data) | UnnormalizedProjection(ref data) => {
1875                 out.extend(data.substs.regions())
1876             }
1877             FnDef(..) |
1878             FnPtr(_) |
1879             GeneratorWitness(..) |
1880             Bool |
1881             Char |
1882             Int(_) |
1883             Uint(_) |
1884             Float(_) |
1885             Str |
1886             Array(..) |
1887             Slice(_) |
1888             RawPtr(_) |
1889             Never |
1890             Tuple(..) |
1891             Foreign(..) |
1892             Param(_) |
1893             Bound(..) |
1894             Placeholder(..) |
1895             Infer(_) |
1896             Error => {}
1897         }
1898     }
1899
1900     /// When we create a closure, we record its kind (i.e., what trait
1901     /// it implements) into its `ClosureSubsts` using a type
1902     /// parameter. This is kind of a phantom type, except that the
1903     /// most convenient thing for us to are the integral types. This
1904     /// function converts such a special type into the closure
1905     /// kind. To go the other way, use
1906     /// `tcx.closure_kind_ty(closure_kind)`.
1907     ///
1908     /// Note that during type checking, we use an inference variable
1909     /// to represent the closure kind, because it has not yet been
1910     /// inferred. Once upvar inference (in `src/librustc_typeck/check/upvar.rs`)
1911     /// is complete, that type variable will be unified.
1912     pub fn to_opt_closure_kind(&self) -> Option<ty::ClosureKind> {
1913         match self.sty {
1914             Int(int_ty) => match int_ty {
1915                 ast::IntTy::I8 => Some(ty::ClosureKind::Fn),
1916                 ast::IntTy::I16 => Some(ty::ClosureKind::FnMut),
1917                 ast::IntTy::I32 => Some(ty::ClosureKind::FnOnce),
1918                 _ => bug!("cannot convert type `{:?}` to a closure kind", self),
1919             },
1920
1921             Infer(_) => None,
1922
1923             Error => Some(ty::ClosureKind::Fn),
1924
1925             _ => bug!("cannot convert type `{:?}` to a closure kind", self),
1926         }
1927     }
1928
1929     /// Fast path helper for testing if a type is `Sized`.
1930     ///
1931     /// Returning true means the type is known to be sized. Returning
1932     /// `false` means nothing -- could be sized, might not be.
1933     pub fn is_trivially_sized(&self, tcx: TyCtxt<'_, '_, 'tcx>) -> bool {
1934         match self.sty {
1935             ty::Infer(ty::IntVar(_)) | ty::Infer(ty::FloatVar(_)) |
1936             ty::Uint(_) | ty::Int(_) | ty::Bool | ty::Float(_) |
1937             ty::FnDef(..) | ty::FnPtr(_) | ty::RawPtr(..) |
1938             ty::Char | ty::Ref(..) | ty::Generator(..) |
1939             ty::GeneratorWitness(..) | ty::Array(..) | ty::Closure(..) |
1940             ty::Never | ty::Error =>
1941                 true,
1942
1943             ty::Str | ty::Slice(_) | ty::Dynamic(..) | ty::Foreign(..) =>
1944                 false,
1945
1946             ty::Tuple(tys) =>
1947                 tys.iter().all(|ty| ty.is_trivially_sized(tcx)),
1948
1949             ty::Adt(def, _substs) =>
1950                 def.sized_constraint(tcx).is_empty(),
1951
1952             ty::Projection(_) | ty::Param(_) | ty::Opaque(..) => false,
1953
1954             ty::UnnormalizedProjection(..) => bug!("only used with chalk-engine"),
1955
1956             ty::Infer(ty::TyVar(_)) => false,
1957
1958             ty::Bound(..) |
1959             ty::Placeholder(..) |
1960             ty::Infer(ty::FreshTy(_)) |
1961             ty::Infer(ty::FreshIntTy(_)) |
1962             ty::Infer(ty::FreshFloatTy(_)) =>
1963                 bug!("is_trivially_sized applied to unexpected type: {:?}", self),
1964         }
1965     }
1966 }
1967
1968 /// Typed constant value.
1969 #[derive(Copy, Clone, Debug, Hash, RustcEncodable, RustcDecodable, Eq, PartialEq, Ord, PartialOrd)]
1970 pub struct Const<'tcx> {
1971     pub ty: Ty<'tcx>,
1972
1973     pub val: ConstValue<'tcx>,
1974 }
1975
1976 impl<'tcx> Const<'tcx> {
1977     pub fn unevaluated(
1978         tcx: TyCtxt<'_, '_, 'tcx>,
1979         def_id: DefId,
1980         substs: &'tcx Substs<'tcx>,
1981         ty: Ty<'tcx>,
1982     ) -> &'tcx Self {
1983         tcx.mk_const(Const {
1984             val: ConstValue::Unevaluated(def_id, substs),
1985             ty,
1986         })
1987     }
1988
1989     #[inline]
1990     pub fn from_const_value(
1991         tcx: TyCtxt<'_, '_, 'tcx>,
1992         val: ConstValue<'tcx>,
1993         ty: Ty<'tcx>,
1994     ) -> &'tcx Self {
1995         tcx.mk_const(Const {
1996             val,
1997             ty,
1998         })
1999     }
2000
2001     #[inline]
2002     pub fn from_scalar(
2003         tcx: TyCtxt<'_, '_, 'tcx>,
2004         val: Scalar,
2005         ty: Ty<'tcx>,
2006     ) -> &'tcx Self {
2007         Self::from_const_value(tcx, ConstValue::Scalar(val), ty)
2008     }
2009
2010     #[inline]
2011     pub fn from_bits(
2012         tcx: TyCtxt<'_, '_, 'tcx>,
2013         bits: u128,
2014         ty: ParamEnvAnd<'tcx, Ty<'tcx>>,
2015     ) -> &'tcx Self {
2016         let ty = tcx.lift_to_global(&ty).unwrap();
2017         let size = tcx.layout_of(ty).unwrap_or_else(|e| {
2018             panic!("could not compute layout for {:?}: {:?}", ty, e)
2019         }).size;
2020         let shift = 128 - size.bits();
2021         let truncated = (bits << shift) >> shift;
2022         assert_eq!(truncated, bits, "from_bits called with untruncated value");
2023         Self::from_scalar(tcx, Scalar::Bits { bits, size: size.bytes() as u8 }, ty.value)
2024     }
2025
2026     #[inline]
2027     pub fn zero_sized(tcx: TyCtxt<'_, '_, 'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> &'tcx Self {
2028         Self::from_scalar(tcx, Scalar::Bits { bits: 0, size: 0 }, ty)
2029     }
2030
2031     #[inline]
2032     pub fn from_bool(tcx: TyCtxt<'_, '_, 'tcx>, v: bool) -> &'tcx Self {
2033         Self::from_bits(tcx, v as u128, ParamEnv::empty().and(tcx.types.bool))
2034     }
2035
2036     #[inline]
2037     pub fn from_usize(tcx: TyCtxt<'_, '_, 'tcx>, n: u64) -> &'tcx Self {
2038         Self::from_bits(tcx, n as u128, ParamEnv::empty().and(tcx.types.usize))
2039     }
2040
2041     #[inline]
2042     pub fn to_bits(
2043         &self,
2044         tcx: TyCtxt<'_, '_, 'tcx>,
2045         ty: ParamEnvAnd<'tcx, Ty<'tcx>>,
2046     ) -> Option<u128> {
2047         if self.ty != ty.value {
2048             return None;
2049         }
2050         let ty = tcx.lift_to_global(&ty).unwrap();
2051         let size = tcx.layout_of(ty).ok()?.size;
2052         self.val.try_to_bits(size)
2053     }
2054
2055     #[inline]
2056     pub fn to_ptr(&self) -> Option<Pointer> {
2057         self.val.try_to_ptr()
2058     }
2059
2060     #[inline]
2061     pub fn assert_bits(
2062         &self,
2063         tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>,
2064         ty: ParamEnvAnd<'tcx, Ty<'tcx>>,
2065     ) -> Option<u128> {
2066         assert_eq!(self.ty, ty.value);
2067         let ty = tcx.lift_to_global(&ty).unwrap();
2068         let size = tcx.layout_of(ty).ok()?.size;
2069         self.val.try_to_bits(size)
2070     }
2071
2072     #[inline]
2073     pub fn assert_bool(&self, tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>) -> Option<bool> {
2074         self.assert_bits(tcx, ParamEnv::empty().and(tcx.types.bool)).and_then(|v| match v {
2075             0 => Some(false),
2076             1 => Some(true),
2077             _ => None,
2078         })
2079     }
2080
2081     #[inline]
2082     pub fn assert_usize(&self, tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>) -> Option<u64> {
2083         self.assert_bits(tcx, ParamEnv::empty().and(tcx.types.usize)).map(|v| v as u64)
2084     }
2085
2086     #[inline]
2087     pub fn unwrap_bits(
2088         &self,
2089         tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>,
2090         ty: ParamEnvAnd<'tcx, Ty<'tcx>>,
2091     ) -> u128 {
2092         self.assert_bits(tcx, ty).unwrap_or_else(||
2093             bug!("expected bits of {}, got {:#?}", ty.value, self))
2094     }
2095
2096     #[inline]
2097     pub fn unwrap_usize(&self, tcx: TyCtxt<'_, '_, '_>) -> u64 {
2098         self.assert_usize(tcx).unwrap_or_else(||
2099             bug!("expected constant usize, got {:#?}", self))
2100     }
2101 }
2102
2103 impl<'tcx> serialize::UseSpecializedDecodable for &'tcx Const<'tcx> {}