]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc_typeck/impl_wf_check/min_specialization.rs
pin docs: add some forward references
[rust.git] / src / librustc_typeck / impl_wf_check / min_specialization.rs
1 //! # Minimal Specialization
2 //!
3 //! This module contains the checks for sound specialization used when the
4 //! `min_specialization` feature is enabled. This requires that the impl is
5 //! *always applicable*.
6 //!
7 //! If `impl1` specializes `impl2` then `impl1` is always applicable if we know
8 //! that all the bounds of `impl2` are satisfied, and all of the bounds of
9 //! `impl1` are satisfied for some choice of lifetimes then we know that
10 //! `impl1` applies for any choice of lifetimes.
11 //!
12 //! ## Basic approach
13 //!
14 //! To enforce this requirement on specializations we take the following
15 //! approach:
16 //!
17 //! 1. Match up the substs for `impl2` so that the implemented trait and
18 //!    self-type match those for `impl1`.
19 //! 2. Check for any direct use of `'static` in the substs of `impl2`.
20 //! 3. Check that all of the generic parameters of `impl1` occur at most once
21 //!    in the *unconstrained* substs for `impl2`. A parameter is constrained if
22 //!    its value is completely determined by an associated type projection
23 //!    predicate.
24 //! 4. Check that all predicates on `impl1` either exist on `impl2` (after
25 //!    matching substs), or are well-formed predicates for the trait's type
26 //!    arguments.
27 //!
28 //! ## Example
29 //!
30 //! Suppose we have the following always applicable impl:
31 //!
32 //! ```rust
33 //! impl<T> SpecExtend<T> for std::vec::IntoIter<T> { /* specialized impl */ }
34 //! impl<T, I: Iterator<Item=T>> SpecExtend<T> for I { /* default impl */ }
35 //! ```
36 //!
37 //! We get that the subst for `impl2` are `[T, std::vec::IntoIter<T>]`. `T` is
38 //! constrained to be `<I as Iterator>::Item`, so we check only
39 //! `std::vec::IntoIter<T>` for repeated parameters, which it doesn't have. The
40 //! predicates of `impl1` are only `T: Sized`, which is also a predicate of
41 //! `impl2`. So this specialization is sound.
42 //!
43 //! ## Extensions
44 //!
45 //! Unfortunately not all specializations in the standard library are allowed
46 //! by this. So there are two extensions to these rules that allow specializing
47 //! on some traits: that is, using them as bounds on the specializing impl,
48 //! even when they don't occur in the base impl.
49 //!
50 //! ### rustc_specialization_trait
51 //!
52 //! If a trait is always applicable, then it's sound to specialize on it. We
53 //! check trait is always applicable in the same way as impls, except that step
54 //! 4 is now "all predicates on `impl1` are always applicable". We require that
55 //! `specialization` or `min_specialization` is enabled to implement these
56 //! traits.
57 //!
58 //! ### rustc_unsafe_specialization_marker
59 //!
60 //! There are also some specialization on traits with no methods, including the
61 //! stable `FusedIterator` trait. We allow marking marker traits with an
62 //! unstable attribute that means we ignore them in point 3 of the checks
63 //! above. This is unsound, in the sense that the specialized impl may be used
64 //! when it doesn't apply, but we allow it in the short term since it can't
65 //! cause use after frees with purely safe code in the same way as specializing
66 //! on traits with methods can.
67
68 use crate::constrained_generic_params as cgp;
69
70 use rustc_data_structures::fx::FxHashSet;
71 use rustc_hir as hir;
72 use rustc_hir::def_id::{DefId, LocalDefId};
73 use rustc_infer::infer::outlives::env::OutlivesEnvironment;
74 use rustc_infer::infer::{InferCtxt, RegionckMode, TyCtxtInferExt};
75 use rustc_infer::traits::specialization_graph::Node;
76 use rustc_middle::ty::subst::{GenericArg, InternalSubsts, SubstsRef};
77 use rustc_middle::ty::trait_def::TraitSpecializationKind;
78 use rustc_middle::ty::{self, InstantiatedPredicates, TyCtxt, TypeFoldable};
79 use rustc_span::Span;
80 use rustc_trait_selection::traits::{self, translate_substs, wf};
81
82 pub(super) fn check_min_specialization(tcx: TyCtxt<'_>, impl_def_id: DefId, span: Span) {
83     if let Some(node) = parent_specialization_node(tcx, impl_def_id) {
84         tcx.infer_ctxt().enter(|infcx| {
85             check_always_applicable(&infcx, impl_def_id, node, span);
86         });
87     }
88 }
89
90 fn parent_specialization_node(tcx: TyCtxt<'_>, impl1_def_id: DefId) -> Option<Node> {
91     let trait_ref = tcx.impl_trait_ref(impl1_def_id)?;
92     let trait_def = tcx.trait_def(trait_ref.def_id);
93
94     let impl2_node = trait_def.ancestors(tcx, impl1_def_id).ok()?.nth(1)?;
95
96     let always_applicable_trait =
97         matches!(trait_def.specialization_kind, TraitSpecializationKind::AlwaysApplicable);
98     if impl2_node.is_from_trait() && !always_applicable_trait {
99         // Implementing a normal trait isn't a specialization.
100         return None;
101     }
102     Some(impl2_node)
103 }
104
105 /// Check that `impl1` is a sound specialization
106 fn check_always_applicable(
107     infcx: &InferCtxt<'_, '_>,
108     impl1_def_id: DefId,
109     impl2_node: Node,
110     span: Span,
111 ) {
112     if let Some((impl1_substs, impl2_substs)) =
113         get_impl_substs(infcx, impl1_def_id, impl2_node, span)
114     {
115         let impl2_def_id = impl2_node.def_id();
116         debug!(
117             "check_always_applicable(\nimpl1_def_id={:?},\nimpl2_def_id={:?},\nimpl2_substs={:?}\n)",
118             impl1_def_id, impl2_def_id, impl2_substs
119         );
120
121         let tcx = infcx.tcx;
122
123         let parent_substs = if impl2_node.is_from_trait() {
124             impl2_substs.to_vec()
125         } else {
126             unconstrained_parent_impl_substs(tcx, impl2_def_id, impl2_substs)
127         };
128
129         check_static_lifetimes(tcx, &parent_substs, span);
130         check_duplicate_params(tcx, impl1_substs, &parent_substs, span);
131
132         check_predicates(
133             infcx,
134             impl1_def_id.expect_local(),
135             impl1_substs,
136             impl2_node,
137             impl2_substs,
138             span,
139         );
140     }
141 }
142
143 /// Given a specializing impl `impl1`, and the base impl `impl2`, returns two
144 /// substitutions `(S1, S2)` that equate their trait references. The returned
145 /// types are expressed in terms of the generics of `impl1`.
146 ///
147 /// Example
148 ///
149 /// impl<A, B> Foo<A> for B { /* impl2 */ }
150 /// impl<C> Foo<Vec<C>> for C { /* impl1 */ }
151 ///
152 /// Would return `S1 = [C]` and `S2 = [Vec<C>, C]`.
153 fn get_impl_substs<'tcx>(
154     infcx: &InferCtxt<'_, 'tcx>,
155     impl1_def_id: DefId,
156     impl2_node: Node,
157     span: Span,
158 ) -> Option<(SubstsRef<'tcx>, SubstsRef<'tcx>)> {
159     let tcx = infcx.tcx;
160     let param_env = tcx.param_env(impl1_def_id);
161
162     let impl1_substs = InternalSubsts::identity_for_item(tcx, impl1_def_id);
163     let impl2_substs = translate_substs(infcx, param_env, impl1_def_id, impl1_substs, impl2_node);
164
165     // Conservatively use an empty `ParamEnv`.
166     let outlives_env = OutlivesEnvironment::new(ty::ParamEnv::empty());
167     infcx.resolve_regions_and_report_errors(impl1_def_id, &outlives_env, RegionckMode::default());
168     let impl2_substs = match infcx.fully_resolve(&impl2_substs) {
169         Ok(s) => s,
170         Err(_) => {
171             tcx.sess.struct_span_err(span, "could not resolve substs on overridden impl").emit();
172             return None;
173         }
174     };
175     Some((impl1_substs, impl2_substs))
176 }
177
178 /// Returns a list of all of the unconstrained subst of the given impl.
179 ///
180 /// For example given the impl:
181 ///
182 /// impl<'a, T, I> ... where &'a I: IntoIterator<Item=&'a T>
183 ///
184 /// This would return the substs corresponding to `['a, I]`, because knowing
185 /// `'a` and `I` determines the value of `T`.
186 fn unconstrained_parent_impl_substs<'tcx>(
187     tcx: TyCtxt<'tcx>,
188     impl_def_id: DefId,
189     impl_substs: SubstsRef<'tcx>,
190 ) -> Vec<GenericArg<'tcx>> {
191     let impl_generic_predicates = tcx.predicates_of(impl_def_id);
192     let mut unconstrained_parameters = FxHashSet::default();
193     let mut constrained_params = FxHashSet::default();
194     let impl_trait_ref = tcx.impl_trait_ref(impl_def_id);
195
196     // Unfortunately the functions in `constrained_generic_parameters` don't do
197     // what we want here. We want only a list of constrained parameters while
198     // the functions in `cgp` add the constrained parameters to a list of
199     // unconstrained parameters.
200     for (predicate, _) in impl_generic_predicates.predicates.iter() {
201         if let ty::PredicateAtom::Projection(proj) = predicate.skip_binders() {
202             let projection_ty = proj.projection_ty;
203             let projected_ty = proj.ty;
204
205             let unbound_trait_ref = projection_ty.trait_ref(tcx);
206             if Some(unbound_trait_ref) == impl_trait_ref {
207                 continue;
208             }
209
210             unconstrained_parameters.extend(cgp::parameters_for(&projection_ty, true));
211
212             for param in cgp::parameters_for(&projected_ty, false) {
213                 if !unconstrained_parameters.contains(&param) {
214                     constrained_params.insert(param.0);
215                 }
216             }
217
218             unconstrained_parameters.extend(cgp::parameters_for(&projected_ty, true));
219         }
220     }
221
222     impl_substs
223         .iter()
224         .enumerate()
225         .filter(|&(idx, _)| !constrained_params.contains(&(idx as u32)))
226         .map(|(_, arg)| arg)
227         .collect()
228 }
229
230 /// Check that parameters of the derived impl don't occur more than once in the
231 /// equated substs of the base impl.
232 ///
233 /// For example forbid the following:
234 ///
235 /// impl<A> Tr for A { }
236 /// impl<B> Tr for (B, B) { }
237 ///
238 /// Note that only consider the unconstrained parameters of the base impl:
239 ///
240 /// impl<S, I: IntoIterator<Item = S>> Tr<S> for I { }
241 /// impl<T> Tr<T> for Vec<T> { }
242 ///
243 /// The substs for the parent impl here are `[T, Vec<T>]`, which repeats `T`,
244 /// but `S` is constrained in the parent impl, so `parent_substs` is only
245 /// `[Vec<T>]`. This means we allow this impl.
246 fn check_duplicate_params<'tcx>(
247     tcx: TyCtxt<'tcx>,
248     impl1_substs: SubstsRef<'tcx>,
249     parent_substs: &Vec<GenericArg<'tcx>>,
250     span: Span,
251 ) {
252     let mut base_params = cgp::parameters_for(parent_substs, true);
253     base_params.sort_by_key(|param| param.0);
254     if let (_, [duplicate, ..]) = base_params.partition_dedup() {
255         let param = impl1_substs[duplicate.0 as usize];
256         tcx.sess
257             .struct_span_err(span, &format!("specializing impl repeats parameter `{}`", param))
258             .emit();
259     }
260 }
261
262 /// Check that `'static` lifetimes are not introduced by the specializing impl.
263 ///
264 /// For example forbid the following:
265 ///
266 /// impl<A> Tr for A { }
267 /// impl Tr for &'static i32 { }
268 fn check_static_lifetimes<'tcx>(
269     tcx: TyCtxt<'tcx>,
270     parent_substs: &Vec<GenericArg<'tcx>>,
271     span: Span,
272 ) {
273     if tcx.any_free_region_meets(parent_substs, |r| *r == ty::ReStatic) {
274         tcx.sess.struct_span_err(span, "cannot specialize on `'static` lifetime").emit();
275     }
276 }
277
278 /// Check whether predicates on the specializing impl (`impl1`) are allowed.
279 ///
280 /// Each predicate `P` must be:
281 ///
282 /// * global (not reference any parameters)
283 /// * `T: Tr` predicate where `Tr` is an always-applicable trait
284 /// * on the base `impl impl2`
285 ///     * Currently this check is done using syntactic equality, which is
286 ///       conservative but generally sufficient.
287 /// * a well-formed predicate of a type argument of the trait being implemented,
288 ///   including the `Self`-type.
289 fn check_predicates<'tcx>(
290     infcx: &InferCtxt<'_, 'tcx>,
291     impl1_def_id: LocalDefId,
292     impl1_substs: SubstsRef<'tcx>,
293     impl2_node: Node,
294     impl2_substs: SubstsRef<'tcx>,
295     span: Span,
296 ) {
297     let tcx = infcx.tcx;
298     let impl1_predicates = tcx.predicates_of(impl1_def_id).instantiate(tcx, impl1_substs);
299     let mut impl2_predicates = if impl2_node.is_from_trait() {
300         // Always applicable traits have to be always applicable without any
301         // assumptions.
302         InstantiatedPredicates::empty()
303     } else {
304         tcx.predicates_of(impl2_node.def_id()).instantiate(tcx, impl2_substs)
305     };
306     debug!(
307         "check_always_applicable(\nimpl1_predicates={:?},\nimpl2_predicates={:?}\n)",
308         impl1_predicates, impl2_predicates,
309     );
310
311     // Since impls of always applicable traits don't get to assume anything, we
312     // can also assume their supertraits apply.
313     //
314     // For example, we allow:
315     //
316     // #[rustc_specialization_trait]
317     // trait AlwaysApplicable: Debug { }
318     //
319     // impl<T> Tr for T { }
320     // impl<T: AlwaysApplicable> Tr for T { }
321     //
322     // Specializing on `AlwaysApplicable` allows also specializing on `Debug`
323     // which is sound because we forbid impls like the following
324     //
325     // impl<D: Debug> AlwaysApplicable for D { }
326     let always_applicable_traits =
327         impl1_predicates.predicates.iter().copied().filter(|&predicate| {
328             matches!(
329                 trait_predicate_kind(tcx, predicate),
330                 Some(TraitSpecializationKind::AlwaysApplicable)
331             )
332         });
333
334     // Include the well-formed predicates of the type parameters of the impl.
335     for arg in tcx.impl_trait_ref(impl1_def_id).unwrap().substs {
336         if let Some(obligations) = wf::obligations(
337             infcx,
338             tcx.param_env(impl1_def_id),
339             tcx.hir().as_local_hir_id(impl1_def_id),
340             arg,
341             span,
342         ) {
343             impl2_predicates
344                 .predicates
345                 .extend(obligations.into_iter().map(|obligation| obligation.predicate))
346         }
347     }
348     impl2_predicates.predicates.extend(
349         traits::elaborate_predicates(tcx, always_applicable_traits)
350             .map(|obligation| obligation.predicate),
351     );
352
353     for predicate in impl1_predicates.predicates {
354         if !impl2_predicates.predicates.contains(&predicate) {
355             check_specialization_on(tcx, predicate, span)
356         }
357     }
358 }
359
360 fn check_specialization_on<'tcx>(tcx: TyCtxt<'tcx>, predicate: ty::Predicate<'tcx>, span: Span) {
361     debug!("can_specialize_on(predicate = {:?})", predicate);
362     match predicate.skip_binders() {
363         // Global predicates are either always true or always false, so we
364         // are fine to specialize on.
365         _ if predicate.is_global() => (),
366         // We allow specializing on explicitly marked traits with no associated
367         // items.
368         ty::PredicateAtom::Trait(pred, hir::Constness::NotConst) => {
369             if !matches!(
370                 trait_predicate_kind(tcx, predicate),
371                 Some(TraitSpecializationKind::Marker)
372             ) {
373                 tcx.sess
374                     .struct_span_err(
375                         span,
376                         &format!(
377                             "cannot specialize on trait `{}`",
378                             tcx.def_path_str(pred.def_id()),
379                         ),
380                     )
381                     .emit()
382             }
383         }
384         _ => tcx
385             .sess
386             .struct_span_err(span, &format!("cannot specialize on `{:?}`", predicate))
387             .emit(),
388     }
389 }
390
391 fn trait_predicate_kind<'tcx>(
392     tcx: TyCtxt<'tcx>,
393     predicate: ty::Predicate<'tcx>,
394 ) -> Option<TraitSpecializationKind> {
395     match predicate.skip_binders() {
396         ty::PredicateAtom::Trait(pred, hir::Constness::NotConst) => {
397             Some(tcx.trait_def(pred.def_id()).specialization_kind)
398         }
399         ty::PredicateAtom::Trait(_, hir::Constness::Const)
400         | ty::PredicateAtom::RegionOutlives(_)
401         | ty::PredicateAtom::TypeOutlives(_)
402         | ty::PredicateAtom::Projection(_)
403         | ty::PredicateAtom::WellFormed(_)
404         | ty::PredicateAtom::Subtype(_)
405         | ty::PredicateAtom::ObjectSafe(_)
406         | ty::PredicateAtom::ClosureKind(..)
407         | ty::PredicateAtom::ConstEvaluatable(..)
408         | ty::PredicateAtom::ConstEquate(..) => None,
409     }
410 }