]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc_trait_selection/traits/coherence.rs
Rollup merge of #70038 - DutchGhost:const-forget-tests, r=RalfJung
[rust.git] / src / librustc_trait_selection / traits / coherence.rs
1 //! See Rustc Dev Guide chapters on [trait-resolution] and [trait-specialization] for more info on
2 //! how this works.
3 //!
4 //! [trait-resolution]: https://rustc-dev-guide.rust-lang.org/traits/resolution.html
5 //! [trait-specialization]: https://rustc-dev-guide.rust-lang.org/traits/specialization.html
6
7 use crate::infer::{CombinedSnapshot, InferOk, TyCtxtInferExt};
8 use crate::traits::select::IntercrateAmbiguityCause;
9 use crate::traits::SkipLeakCheck;
10 use crate::traits::{self, Normalized, Obligation, ObligationCause, SelectionContext};
11 use rustc::ty::fold::TypeFoldable;
12 use rustc::ty::subst::Subst;
13 use rustc::ty::{self, Ty, TyCtxt};
14 use rustc_hir::def_id::{DefId, LOCAL_CRATE};
15 use rustc_span::symbol::sym;
16 use rustc_span::DUMMY_SP;
17
18 /// Whether we do the orphan check relative to this crate or
19 /// to some remote crate.
20 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
21 enum InCrate {
22     Local,
23     Remote,
24 }
25
26 #[derive(Debug, Copy, Clone)]
27 pub enum Conflict {
28     Upstream,
29     Downstream,
30 }
31
32 pub struct OverlapResult<'tcx> {
33     pub impl_header: ty::ImplHeader<'tcx>,
34     pub intercrate_ambiguity_causes: Vec<IntercrateAmbiguityCause>,
35
36     /// `true` if the overlap might've been permitted before the shift
37     /// to universes.
38     pub involves_placeholder: bool,
39 }
40
41 pub fn add_placeholder_note(err: &mut rustc_errors::DiagnosticBuilder<'_>) {
42     err.note(
43         "this behavior recently changed as a result of a bug fix; \
44          see rust-lang/rust#56105 for details",
45     );
46 }
47
48 /// If there are types that satisfy both impls, invokes `on_overlap`
49 /// with a suitably-freshened `ImplHeader` with those types
50 /// substituted. Otherwise, invokes `no_overlap`.
51 pub fn overlapping_impls<F1, F2, R>(
52     tcx: TyCtxt<'_>,
53     impl1_def_id: DefId,
54     impl2_def_id: DefId,
55     skip_leak_check: SkipLeakCheck,
56     on_overlap: F1,
57     no_overlap: F2,
58 ) -> R
59 where
60     F1: FnOnce(OverlapResult<'_>) -> R,
61     F2: FnOnce() -> R,
62 {
63     debug!(
64         "overlapping_impls(\
65            impl1_def_id={:?}, \
66            impl2_def_id={:?})",
67         impl1_def_id, impl2_def_id,
68     );
69
70     let overlaps = tcx.infer_ctxt().enter(|infcx| {
71         let selcx = &mut SelectionContext::intercrate(&infcx);
72         overlap(selcx, skip_leak_check, impl1_def_id, impl2_def_id).is_some()
73     });
74
75     if !overlaps {
76         return no_overlap();
77     }
78
79     // In the case where we detect an error, run the check again, but
80     // this time tracking intercrate ambuiguity causes for better
81     // diagnostics. (These take time and can lead to false errors.)
82     tcx.infer_ctxt().enter(|infcx| {
83         let selcx = &mut SelectionContext::intercrate(&infcx);
84         selcx.enable_tracking_intercrate_ambiguity_causes();
85         on_overlap(overlap(selcx, skip_leak_check, impl1_def_id, impl2_def_id).unwrap())
86     })
87 }
88
89 fn with_fresh_ty_vars<'cx, 'tcx>(
90     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
91     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
92     impl_def_id: DefId,
93 ) -> ty::ImplHeader<'tcx> {
94     let tcx = selcx.tcx();
95     let impl_substs = selcx.infcx().fresh_substs_for_item(DUMMY_SP, impl_def_id);
96
97     let header = ty::ImplHeader {
98         impl_def_id,
99         self_ty: tcx.type_of(impl_def_id).subst(tcx, impl_substs),
100         trait_ref: tcx.impl_trait_ref(impl_def_id).subst(tcx, impl_substs),
101         predicates: tcx.predicates_of(impl_def_id).instantiate(tcx, impl_substs).predicates,
102     };
103
104     let Normalized { value: mut header, obligations } =
105         traits::normalize(selcx, param_env, ObligationCause::dummy(), &header);
106
107     header.predicates.extend(obligations.into_iter().map(|o| o.predicate));
108     header
109 }
110
111 /// Can both impl `a` and impl `b` be satisfied by a common type (including
112 /// where-clauses)? If so, returns an `ImplHeader` that unifies the two impls.
113 fn overlap<'cx, 'tcx>(
114     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
115     skip_leak_check: SkipLeakCheck,
116     a_def_id: DefId,
117     b_def_id: DefId,
118 ) -> Option<OverlapResult<'tcx>> {
119     debug!("overlap(a_def_id={:?}, b_def_id={:?})", a_def_id, b_def_id);
120
121     selcx.infcx().probe_maybe_skip_leak_check(skip_leak_check.is_yes(), |snapshot| {
122         overlap_within_probe(selcx, a_def_id, b_def_id, snapshot)
123     })
124 }
125
126 fn overlap_within_probe(
127     selcx: &mut SelectionContext<'cx, 'tcx>,
128     a_def_id: DefId,
129     b_def_id: DefId,
130     snapshot: &CombinedSnapshot<'_, 'tcx>,
131 ) -> Option<OverlapResult<'tcx>> {
132     // For the purposes of this check, we don't bring any placeholder
133     // types into scope; instead, we replace the generic types with
134     // fresh type variables, and hence we do our evaluations in an
135     // empty environment.
136     let param_env = ty::ParamEnv::empty();
137
138     let a_impl_header = with_fresh_ty_vars(selcx, param_env, a_def_id);
139     let b_impl_header = with_fresh_ty_vars(selcx, param_env, b_def_id);
140
141     debug!("overlap: a_impl_header={:?}", a_impl_header);
142     debug!("overlap: b_impl_header={:?}", b_impl_header);
143
144     // Do `a` and `b` unify? If not, no overlap.
145     let obligations = match selcx
146         .infcx()
147         .at(&ObligationCause::dummy(), param_env)
148         .eq_impl_headers(&a_impl_header, &b_impl_header)
149     {
150         Ok(InferOk { obligations, value: () }) => obligations,
151         Err(_) => {
152             return None;
153         }
154     };
155
156     debug!("overlap: unification check succeeded");
157
158     // Are any of the obligations unsatisfiable? If so, no overlap.
159     let infcx = selcx.infcx();
160     let opt_failing_obligation = a_impl_header
161         .predicates
162         .iter()
163         .chain(&b_impl_header.predicates)
164         .map(|p| infcx.resolve_vars_if_possible(p))
165         .map(|p| Obligation {
166             cause: ObligationCause::dummy(),
167             param_env,
168             recursion_depth: 0,
169             predicate: p,
170         })
171         .chain(obligations)
172         .find(|o| !selcx.predicate_may_hold_fatal(o));
173     // FIXME: the call to `selcx.predicate_may_hold_fatal` above should be ported
174     // to the canonical trait query form, `infcx.predicate_may_hold`, once
175     // the new system supports intercrate mode (which coherence needs).
176
177     if let Some(failing_obligation) = opt_failing_obligation {
178         debug!("overlap: obligation unsatisfiable {:?}", failing_obligation);
179         return None;
180     }
181
182     let impl_header = selcx.infcx().resolve_vars_if_possible(&a_impl_header);
183     let intercrate_ambiguity_causes = selcx.take_intercrate_ambiguity_causes();
184     debug!("overlap: intercrate_ambiguity_causes={:#?}", intercrate_ambiguity_causes);
185
186     let involves_placeholder = match selcx.infcx().region_constraints_added_in_snapshot(snapshot) {
187         Some(true) => true,
188         _ => false,
189     };
190
191     Some(OverlapResult { impl_header, intercrate_ambiguity_causes, involves_placeholder })
192 }
193
194 pub fn trait_ref_is_knowable<'tcx>(
195     tcx: TyCtxt<'tcx>,
196     trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
197 ) -> Option<Conflict> {
198     debug!("trait_ref_is_knowable(trait_ref={:?})", trait_ref);
199     if orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Remote).is_ok() {
200         // A downstream or cousin crate is allowed to implement some
201         // substitution of this trait-ref.
202         return Some(Conflict::Downstream);
203     }
204
205     if trait_ref_is_local_or_fundamental(tcx, trait_ref) {
206         // This is a local or fundamental trait, so future-compatibility
207         // is no concern. We know that downstream/cousin crates are not
208         // allowed to implement a substitution of this trait ref, which
209         // means impls could only come from dependencies of this crate,
210         // which we already know about.
211         return None;
212     }
213
214     // This is a remote non-fundamental trait, so if another crate
215     // can be the "final owner" of a substitution of this trait-ref,
216     // they are allowed to implement it future-compatibly.
217     //
218     // However, if we are a final owner, then nobody else can be,
219     // and if we are an intermediate owner, then we don't care
220     // about future-compatibility, which means that we're OK if
221     // we are an owner.
222     if orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local).is_ok() {
223         debug!("trait_ref_is_knowable: orphan check passed");
224         return None;
225     } else {
226         debug!("trait_ref_is_knowable: nonlocal, nonfundamental, unowned");
227         return Some(Conflict::Upstream);
228     }
229 }
230
231 pub fn trait_ref_is_local_or_fundamental<'tcx>(
232     tcx: TyCtxt<'tcx>,
233     trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
234 ) -> bool {
235     trait_ref.def_id.krate == LOCAL_CRATE || tcx.has_attr(trait_ref.def_id, sym::fundamental)
236 }
237
238 pub enum OrphanCheckErr<'tcx> {
239     NonLocalInputType(Vec<(Ty<'tcx>, bool /* Is this the first input type? */)>),
240     UncoveredTy(Ty<'tcx>, Option<Ty<'tcx>>),
241 }
242
243 /// Checks the coherence orphan rules. `impl_def_id` should be the
244 /// `DefId` of a trait impl. To pass, either the trait must be local, or else
245 /// two conditions must be satisfied:
246 ///
247 /// 1. All type parameters in `Self` must be "covered" by some local type constructor.
248 /// 2. Some local type must appear in `Self`.
249 pub fn orphan_check(tcx: TyCtxt<'_>, impl_def_id: DefId) -> Result<(), OrphanCheckErr<'_>> {
250     debug!("orphan_check({:?})", impl_def_id);
251
252     // We only except this routine to be invoked on implementations
253     // of a trait, not inherent implementations.
254     let trait_ref = tcx.impl_trait_ref(impl_def_id).unwrap();
255     debug!("orphan_check: trait_ref={:?}", trait_ref);
256
257     // If the *trait* is local to the crate, ok.
258     if trait_ref.def_id.is_local() {
259         debug!("trait {:?} is local to current crate", trait_ref.def_id);
260         return Ok(());
261     }
262
263     orphan_check_trait_ref(tcx, trait_ref, InCrate::Local)
264 }
265
266 /// Checks whether a trait-ref is potentially implementable by a crate.
267 ///
268 /// The current rule is that a trait-ref orphan checks in a crate C:
269 ///
270 /// 1. Order the parameters in the trait-ref in subst order - Self first,
271 ///    others linearly (e.g., `<U as Foo<V, W>>` is U < V < W).
272 /// 2. Of these type parameters, there is at least one type parameter
273 ///    in which, walking the type as a tree, you can reach a type local
274 ///    to C where all types in-between are fundamental types. Call the
275 ///    first such parameter the "local key parameter".
276 ///     - e.g., `Box<LocalType>` is OK, because you can visit LocalType
277 ///       going through `Box`, which is fundamental.
278 ///     - similarly, `FundamentalPair<Vec<()>, Box<LocalType>>` is OK for
279 ///       the same reason.
280 ///     - but (knowing that `Vec<T>` is non-fundamental, and assuming it's
281 ///       not local), `Vec<LocalType>` is bad, because `Vec<->` is between
282 ///       the local type and the type parameter.
283 /// 3. Every type parameter before the local key parameter is fully known in C.
284 ///     - e.g., `impl<T> T: Trait<LocalType>` is bad, because `T` might be
285 ///       an unknown type.
286 ///     - but `impl<T> LocalType: Trait<T>` is OK, because `LocalType`
287 ///       occurs before `T`.
288 /// 4. Every type in the local key parameter not known in C, going
289 ///    through the parameter's type tree, must appear only as a subtree of
290 ///    a type local to C, with only fundamental types between the type
291 ///    local to C and the local key parameter.
292 ///     - e.g., `Vec<LocalType<T>>>` (or equivalently `Box<Vec<LocalType<T>>>`)
293 ///     is bad, because the only local type with `T` as a subtree is
294 ///     `LocalType<T>`, and `Vec<->` is between it and the type parameter.
295 ///     - similarly, `FundamentalPair<LocalType<T>, T>` is bad, because
296 ///     the second occurrence of `T` is not a subtree of *any* local type.
297 ///     - however, `LocalType<Vec<T>>` is OK, because `T` is a subtree of
298 ///     `LocalType<Vec<T>>`, which is local and has no types between it and
299 ///     the type parameter.
300 ///
301 /// The orphan rules actually serve several different purposes:
302 ///
303 /// 1. They enable link-safety - i.e., 2 mutually-unknowing crates (where
304 ///    every type local to one crate is unknown in the other) can't implement
305 ///    the same trait-ref. This follows because it can be seen that no such
306 ///    type can orphan-check in 2 such crates.
307 ///
308 ///    To check that a local impl follows the orphan rules, we check it in
309 ///    InCrate::Local mode, using type parameters for the "generic" types.
310 ///
311 /// 2. They ground negative reasoning for coherence. If a user wants to
312 ///    write both a conditional blanket impl and a specific impl, we need to
313 ///    make sure they do not overlap. For example, if we write
314 ///    ```
315 ///    impl<T> IntoIterator for Vec<T>
316 ///    impl<T: Iterator> IntoIterator for T
317 ///    ```
318 ///    We need to be able to prove that `Vec<$0>: !Iterator` for every type $0.
319 ///    We can observe that this holds in the current crate, but we need to make
320 ///    sure this will also hold in all unknown crates (both "independent" crates,
321 ///    which we need for link-safety, and also child crates, because we don't want
322 ///    child crates to get error for impl conflicts in a *dependency*).
323 ///
324 ///    For that, we only allow negative reasoning if, for every assignment to the
325 ///    inference variables, every unknown crate would get an orphan error if they
326 ///    try to implement this trait-ref. To check for this, we use InCrate::Remote
327 ///    mode. That is sound because we already know all the impls from known crates.
328 ///
329 /// 3. For non-#[fundamental] traits, they guarantee that parent crates can
330 ///    add "non-blanket" impls without breaking negative reasoning in dependent
331 ///    crates. This is the "rebalancing coherence" (RFC 1023) restriction.
332 ///
333 ///    For that, we only a allow crate to perform negative reasoning on
334 ///    non-local-non-#[fundamental] only if there's a local key parameter as per (2).
335 ///
336 ///    Because we never perform negative reasoning generically (coherence does
337 ///    not involve type parameters), this can be interpreted as doing the full
338 ///    orphan check (using InCrate::Local mode), substituting non-local known
339 ///    types for all inference variables.
340 ///
341 ///    This allows for crates to future-compatibly add impls as long as they
342 ///    can't apply to types with a key parameter in a child crate - applying
343 ///    the rules, this basically means that every type parameter in the impl
344 ///    must appear behind a non-fundamental type (because this is not a
345 ///    type-system requirement, crate owners might also go for "semantic
346 ///    future-compatibility" involving things such as sealed traits, but
347 ///    the above requirement is sufficient, and is necessary in "open world"
348 ///    cases).
349 ///
350 /// Note that this function is never called for types that have both type
351 /// parameters and inference variables.
352 fn orphan_check_trait_ref<'tcx>(
353     tcx: TyCtxt<'tcx>,
354     trait_ref: ty::TraitRef<'tcx>,
355     in_crate: InCrate,
356 ) -> Result<(), OrphanCheckErr<'tcx>> {
357     debug!("orphan_check_trait_ref(trait_ref={:?}, in_crate={:?})", trait_ref, in_crate);
358
359     if trait_ref.needs_infer() && trait_ref.needs_subst() {
360         bug!(
361             "can't orphan check a trait ref with both params and inference variables {:?}",
362             trait_ref
363         );
364     }
365
366     // Given impl<P1..=Pn> Trait<T1..=Tn> for T0, an impl is valid only
367     // if at least one of the following is true:
368     //
369     // - Trait is a local trait
370     // (already checked in orphan_check prior to calling this function)
371     // - All of
372     //     - At least one of the types T0..=Tn must be a local type.
373     //      Let Ti be the first such type.
374     //     - No uncovered type parameters P1..=Pn may appear in T0..Ti (excluding Ti)
375     //
376     fn uncover_fundamental_ty<'tcx>(
377         tcx: TyCtxt<'tcx>,
378         ty: Ty<'tcx>,
379         in_crate: InCrate,
380     ) -> Vec<Ty<'tcx>> {
381         if fundamental_ty(ty) && ty_is_non_local(ty, in_crate).is_some() {
382             ty.walk_shallow().flat_map(|ty| uncover_fundamental_ty(tcx, ty, in_crate)).collect()
383         } else {
384             vec![ty]
385         }
386     }
387
388     let mut non_local_spans = vec![];
389     for (i, input_ty) in
390         trait_ref.input_types().flat_map(|ty| uncover_fundamental_ty(tcx, ty, in_crate)).enumerate()
391     {
392         debug!("orphan_check_trait_ref: check ty `{:?}`", input_ty);
393         let non_local_tys = ty_is_non_local(input_ty, in_crate);
394         if non_local_tys.is_none() {
395             debug!("orphan_check_trait_ref: ty_is_local `{:?}`", input_ty);
396             return Ok(());
397         } else if let ty::Param(_) = input_ty.kind {
398             debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered ty: `{:?}`", input_ty);
399             let local_type = trait_ref
400                 .input_types()
401                 .flat_map(|ty| uncover_fundamental_ty(tcx, ty, in_crate))
402                 .find(|ty| ty_is_non_local_constructor(ty, in_crate).is_none());
403
404             debug!("orphan_check_trait_ref: uncovered ty local_type: `{:?}`", local_type);
405
406             return Err(OrphanCheckErr::UncoveredTy(input_ty, local_type));
407         }
408         if let Some(non_local_tys) = non_local_tys {
409             for input_ty in non_local_tys {
410                 non_local_spans.push((input_ty, i == 0));
411             }
412         }
413     }
414     // If we exit above loop, never found a local type.
415     debug!("orphan_check_trait_ref: no local type");
416     Err(OrphanCheckErr::NonLocalInputType(non_local_spans))
417 }
418
419 fn ty_is_non_local<'t>(ty: Ty<'t>, in_crate: InCrate) -> Option<Vec<Ty<'t>>> {
420     match ty_is_non_local_constructor(ty, in_crate) {
421         Some(ty) => {
422             if !fundamental_ty(ty) {
423                 Some(vec![ty])
424             } else {
425                 let tys: Vec<_> = ty
426                     .walk_shallow()
427                     .filter_map(|t| ty_is_non_local(t, in_crate))
428                     .flat_map(|i| i)
429                     .collect();
430                 if tys.is_empty() { None } else { Some(tys) }
431             }
432         }
433         None => None,
434     }
435 }
436
437 fn fundamental_ty(ty: Ty<'_>) -> bool {
438     match ty.kind {
439         ty::Ref(..) => true,
440         ty::Adt(def, _) => def.is_fundamental(),
441         _ => false,
442     }
443 }
444
445 fn def_id_is_local(def_id: DefId, in_crate: InCrate) -> bool {
446     match in_crate {
447         // The type is local to *this* crate - it will not be
448         // local in any other crate.
449         InCrate::Remote => false,
450         InCrate::Local => def_id.is_local(),
451     }
452 }
453
454 fn ty_is_non_local_constructor(ty: Ty<'_>, in_crate: InCrate) -> Option<Ty<'_>> {
455     debug!("ty_is_non_local_constructor({:?})", ty);
456
457     match ty.kind {
458         ty::Bool
459         | ty::Char
460         | ty::Int(..)
461         | ty::Uint(..)
462         | ty::Float(..)
463         | ty::Str
464         | ty::FnDef(..)
465         | ty::FnPtr(_)
466         | ty::Array(..)
467         | ty::Slice(..)
468         | ty::RawPtr(..)
469         | ty::Ref(..)
470         | ty::Never
471         | ty::Tuple(..)
472         | ty::Param(..)
473         | ty::Projection(..) => Some(ty),
474
475         ty::Placeholder(..) | ty::Bound(..) | ty::Infer(..) => match in_crate {
476             InCrate::Local => Some(ty),
477             // The inference variable might be unified with a local
478             // type in that remote crate.
479             InCrate::Remote => None,
480         },
481
482         ty::Adt(def, _) => {
483             if def_id_is_local(def.did, in_crate) {
484                 None
485             } else {
486                 Some(ty)
487             }
488         }
489         ty::Foreign(did) => {
490             if def_id_is_local(did, in_crate) {
491                 None
492             } else {
493                 Some(ty)
494             }
495         }
496         ty::Opaque(..) => {
497             // This merits some explanation.
498             // Normally, opaque types are not involed when performing
499             // coherence checking, since it is illegal to directly
500             // implement a trait on an opaque type. However, we might
501             // end up looking at an opaque type during coherence checking
502             // if an opaque type gets used within another type (e.g. as
503             // a type parameter). This requires us to decide whether or
504             // not an opaque type should be considered 'local' or not.
505             //
506             // We choose to treat all opaque types as non-local, even
507             // those that appear within the same crate. This seems
508             // somewhat surprising at first, but makes sense when
509             // you consider that opaque types are supposed to hide
510             // the underlying type *within the same crate*. When an
511             // opaque type is used from outside the module
512             // where it is declared, it should be impossible to observe
513             // anyything about it other than the traits that it implements.
514             //
515             // The alternative would be to look at the underlying type
516             // to determine whether or not the opaque type itself should
517             // be considered local. However, this could make it a breaking change
518             // to switch the underlying ('defining') type from a local type
519             // to a remote type. This would violate the rule that opaque
520             // types should be completely opaque apart from the traits
521             // that they implement, so we don't use this behavior.
522             Some(ty)
523         }
524
525         ty::Dynamic(ref tt, ..) => {
526             if let Some(principal) = tt.principal() {
527                 if def_id_is_local(principal.def_id(), in_crate) { None } else { Some(ty) }
528             } else {
529                 Some(ty)
530             }
531         }
532
533         ty::Error => None,
534
535         ty::UnnormalizedProjection(..)
536         | ty::Closure(..)
537         | ty::Generator(..)
538         | ty::GeneratorWitness(..) => bug!("ty_is_local invoked on unexpected type: {:?}", ty),
539     }
540 }