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rustc_typeck to rustc_hir_analysis
[rust.git] / src / tools / rust-analyzer / crates / hir-ty / src / infer.rs
1 //! Type inference, i.e. the process of walking through the code and determining
2 //! the type of each expression and pattern.
3 //!
4 //! For type inference, compare the implementations in rustc (the various
5 //! check_* methods in rustc_hir_analysis/check/mod.rs are a good entry point) and
6 //! IntelliJ-Rust (org.rust.lang.core.types.infer). Our entry point for
7 //! inference here is the `infer` function, which infers the types of all
8 //! expressions in a given function.
9 //!
10 //! During inference, types (i.e. the `Ty` struct) can contain type 'variables'
11 //! which represent currently unknown types; as we walk through the expressions,
12 //! we might determine that certain variables need to be equal to each other, or
13 //! to certain types. To record this, we use the union-find implementation from
14 //! the `ena` crate, which is extracted from rustc.
15
16 use std::ops::Index;
17 use std::sync::Arc;
18
19 use chalk_ir::{cast::Cast, ConstValue, DebruijnIndex, Mutability, Safety, Scalar, TypeFlags};
20 use hir_def::{
21     body::Body,
22     data::{ConstData, StaticData},
23     expr::{BindingAnnotation, ExprId, PatId},
24     lang_item::LangItemTarget,
25     path::{path, Path},
26     resolver::{HasResolver, ResolveValueResult, Resolver, TypeNs, ValueNs},
27     type_ref::TypeRef,
28     AdtId, AssocItemId, DefWithBodyId, EnumVariantId, FieldId, FunctionId, HasModule, Lookup,
29     TraitId, TypeAliasId, VariantId,
30 };
31 use hir_expand::name::{name, Name};
32 use itertools::Either;
33 use la_arena::ArenaMap;
34 use rustc_hash::FxHashMap;
35 use stdx::{always, impl_from};
36
37 use crate::{
38     db::HirDatabase, fold_tys, fold_tys_and_consts, infer::coerce::CoerceMany,
39     lower::ImplTraitLoweringMode, to_assoc_type_id, AliasEq, AliasTy, Const, DomainGoal,
40     GenericArg, Goal, ImplTraitId, InEnvironment, Interner, ProjectionTy, Substitution,
41     TraitEnvironment, TraitRef, Ty, TyBuilder, TyExt, TyKind,
42 };
43
44 // This lint has a false positive here. See the link below for details.
45 //
46 // https://github.com/rust-lang/rust/issues/57411
47 #[allow(unreachable_pub)]
48 pub use coerce::could_coerce;
49 #[allow(unreachable_pub)]
50 pub use unify::could_unify;
51
52 pub(crate) mod unify;
53 mod path;
54 mod expr;
55 mod pat;
56 mod coerce;
57 mod closure;
58
59 /// The entry point of type inference.
60 pub(crate) fn infer_query(db: &dyn HirDatabase, def: DefWithBodyId) -> Arc<InferenceResult> {
61     let _p = profile::span("infer_query");
62     let resolver = def.resolver(db.upcast());
63     let body = db.body(def);
64     let mut ctx = InferenceContext::new(db, def, &body, resolver);
65
66     match def {
67         DefWithBodyId::ConstId(c) => ctx.collect_const(&db.const_data(c)),
68         DefWithBodyId::FunctionId(f) => ctx.collect_fn(f),
69         DefWithBodyId::StaticId(s) => ctx.collect_static(&db.static_data(s)),
70     }
71
72     ctx.infer_body();
73
74     Arc::new(ctx.resolve_all())
75 }
76
77 /// Fully normalize all the types found within `ty` in context of `owner` body definition.
78 ///
79 /// This is appropriate to use only after type-check: it assumes
80 /// that normalization will succeed, for example.
81 pub(crate) fn normalize(db: &dyn HirDatabase, owner: DefWithBodyId, ty: Ty) -> Ty {
82     if !ty.data(Interner).flags.intersects(TypeFlags::HAS_PROJECTION) {
83         return ty;
84     }
85     let krate = owner.module(db.upcast()).krate();
86     let trait_env = owner
87         .as_generic_def_id()
88         .map_or_else(|| Arc::new(TraitEnvironment::empty(krate)), |d| db.trait_environment(d));
89     let mut table = unify::InferenceTable::new(db, trait_env);
90
91     let ty_with_vars = table.normalize_associated_types_in(ty);
92     table.resolve_obligations_as_possible();
93     table.propagate_diverging_flag();
94     table.resolve_completely(ty_with_vars)
95 }
96
97 #[derive(Debug, Copy, Clone, Hash, PartialEq, Eq)]
98 enum ExprOrPatId {
99     ExprId(ExprId),
100     PatId(PatId),
101 }
102 impl_from!(ExprId, PatId for ExprOrPatId);
103
104 /// Binding modes inferred for patterns.
105 /// <https://doc.rust-lang.org/reference/patterns.html#binding-modes>
106 #[derive(Copy, Clone, Debug, Eq, PartialEq)]
107 pub enum BindingMode {
108     Move,
109     Ref(Mutability),
110 }
111
112 impl BindingMode {
113     fn convert(annotation: BindingAnnotation) -> BindingMode {
114         match annotation {
115             BindingAnnotation::Unannotated | BindingAnnotation::Mutable => BindingMode::Move,
116             BindingAnnotation::Ref => BindingMode::Ref(Mutability::Not),
117             BindingAnnotation::RefMut => BindingMode::Ref(Mutability::Mut),
118         }
119     }
120 }
121
122 impl Default for BindingMode {
123     fn default() -> Self {
124         BindingMode::Move
125     }
126 }
127
128 /// Used to generalize patterns and assignee expressions.
129 trait PatLike: Into<ExprOrPatId> + Copy {
130     type BindingMode: Copy;
131
132     fn infer(
133         this: &mut InferenceContext<'_>,
134         id: Self,
135         expected_ty: &Ty,
136         default_bm: Self::BindingMode,
137     ) -> Ty;
138 }
139
140 impl PatLike for ExprId {
141     type BindingMode = ();
142
143     fn infer(
144         this: &mut InferenceContext<'_>,
145         id: Self,
146         expected_ty: &Ty,
147         _: Self::BindingMode,
148     ) -> Ty {
149         this.infer_assignee_expr(id, expected_ty)
150     }
151 }
152
153 impl PatLike for PatId {
154     type BindingMode = BindingMode;
155
156     fn infer(
157         this: &mut InferenceContext<'_>,
158         id: Self,
159         expected_ty: &Ty,
160         default_bm: Self::BindingMode,
161     ) -> Ty {
162         this.infer_pat(id, expected_ty, default_bm)
163     }
164 }
165
166 #[derive(Debug)]
167 pub(crate) struct InferOk<T> {
168     value: T,
169     goals: Vec<InEnvironment<Goal>>,
170 }
171
172 impl<T> InferOk<T> {
173     fn map<U>(self, f: impl FnOnce(T) -> U) -> InferOk<U> {
174         InferOk { value: f(self.value), goals: self.goals }
175     }
176 }
177
178 #[derive(Debug)]
179 pub(crate) struct TypeError;
180 pub(crate) type InferResult<T> = Result<InferOk<T>, TypeError>;
181
182 #[derive(Debug, PartialEq, Eq, Clone)]
183 pub enum InferenceDiagnostic {
184     NoSuchField { expr: ExprId },
185     BreakOutsideOfLoop { expr: ExprId, is_break: bool },
186     MismatchedArgCount { call_expr: ExprId, expected: usize, found: usize },
187 }
188
189 /// A mismatch between an expected and an inferred type.
190 #[derive(Clone, PartialEq, Eq, Debug, Hash)]
191 pub struct TypeMismatch {
192     pub expected: Ty,
193     pub actual: Ty,
194 }
195
196 #[derive(Clone, PartialEq, Eq, Debug)]
197 struct InternedStandardTypes {
198     unknown: Ty,
199     bool_: Ty,
200     unit: Ty,
201 }
202
203 impl Default for InternedStandardTypes {
204     fn default() -> Self {
205         InternedStandardTypes {
206             unknown: TyKind::Error.intern(Interner),
207             bool_: TyKind::Scalar(Scalar::Bool).intern(Interner),
208             unit: TyKind::Tuple(0, Substitution::empty(Interner)).intern(Interner),
209         }
210     }
211 }
212 /// Represents coercing a value to a different type of value.
213 ///
214 /// We transform values by following a number of `Adjust` steps in order.
215 /// See the documentation on variants of `Adjust` for more details.
216 ///
217 /// Here are some common scenarios:
218 ///
219 /// 1. The simplest cases are where a pointer is not adjusted fat vs thin.
220 ///    Here the pointer will be dereferenced N times (where a dereference can
221 ///    happen to raw or borrowed pointers or any smart pointer which implements
222 ///    Deref, including Box<_>). The types of dereferences is given by
223 ///    `autoderefs`. It can then be auto-referenced zero or one times, indicated
224 ///    by `autoref`, to either a raw or borrowed pointer. In these cases unsize is
225 ///    `false`.
226 ///
227 /// 2. A thin-to-fat coercion involves unsizing the underlying data. We start
228 ///    with a thin pointer, deref a number of times, unsize the underlying data,
229 ///    then autoref. The 'unsize' phase may change a fixed length array to a
230 ///    dynamically sized one, a concrete object to a trait object, or statically
231 ///    sized struct to a dynamically sized one. E.g., &[i32; 4] -> &[i32] is
232 ///    represented by:
233 ///
234 ///    ```
235 ///    Deref(None) -> [i32; 4],
236 ///    Borrow(AutoBorrow::Ref) -> &[i32; 4],
237 ///    Unsize -> &[i32],
238 ///    ```
239 ///
240 ///    Note that for a struct, the 'deep' unsizing of the struct is not recorded.
241 ///    E.g., `struct Foo<T> { x: T }` we can coerce &Foo<[i32; 4]> to &Foo<[i32]>
242 ///    The autoderef and -ref are the same as in the above example, but the type
243 ///    stored in `unsize` is `Foo<[i32]>`, we don't store any further detail about
244 ///    the underlying conversions from `[i32; 4]` to `[i32]`.
245 ///
246 /// 3. Coercing a `Box<T>` to `Box<dyn Trait>` is an interesting special case. In
247 ///    that case, we have the pointer we need coming in, so there are no
248 ///    autoderefs, and no autoref. Instead we just do the `Unsize` transformation.
249 ///    At some point, of course, `Box` should move out of the compiler, in which
250 ///    case this is analogous to transforming a struct. E.g., Box<[i32; 4]> ->
251 ///    Box<[i32]> is an `Adjust::Unsize` with the target `Box<[i32]>`.
252 #[derive(Clone, Debug, PartialEq, Eq, Hash)]
253 pub struct Adjustment {
254     pub kind: Adjust,
255     pub target: Ty,
256 }
257
258 #[derive(Clone, Copy, Debug, PartialEq, Eq, Hash)]
259 pub enum Adjust {
260     /// Go from ! to any type.
261     NeverToAny,
262     /// Dereference once, producing a place.
263     Deref(Option<OverloadedDeref>),
264     /// Take the address and produce either a `&` or `*` pointer.
265     Borrow(AutoBorrow),
266     Pointer(PointerCast),
267 }
268
269 /// An overloaded autoderef step, representing a `Deref(Mut)::deref(_mut)`
270 /// call, with the signature `&'a T -> &'a U` or `&'a mut T -> &'a mut U`.
271 /// The target type is `U` in both cases, with the region and mutability
272 /// being those shared by both the receiver and the returned reference.
273 #[derive(Clone, Copy, Debug, PartialEq, Eq, Hash)]
274 pub struct OverloadedDeref(pub Mutability);
275
276 #[derive(Clone, Copy, Debug, PartialEq, Eq, Hash)]
277 pub enum AutoBorrow {
278     /// Converts from T to &T.
279     Ref(Mutability),
280     /// Converts from T to *T.
281     RawPtr(Mutability),
282 }
283
284 #[derive(Clone, Copy, Debug, PartialEq, Eq, Hash)]
285 pub enum PointerCast {
286     /// Go from a fn-item type to a fn-pointer type.
287     ReifyFnPointer,
288
289     /// Go from a safe fn pointer to an unsafe fn pointer.
290     UnsafeFnPointer,
291
292     /// Go from a non-capturing closure to an fn pointer or an unsafe fn pointer.
293     /// It cannot convert a closure that requires unsafe.
294     ClosureFnPointer(Safety),
295
296     /// Go from a mut raw pointer to a const raw pointer.
297     MutToConstPointer,
298
299     #[allow(dead_code)]
300     /// Go from `*const [T; N]` to `*const T`
301     ArrayToPointer,
302
303     /// Unsize a pointer/reference value, e.g., `&[T; n]` to
304     /// `&[T]`. Note that the source could be a thin or fat pointer.
305     /// This will do things like convert thin pointers to fat
306     /// pointers, or convert structs containing thin pointers to
307     /// structs containing fat pointers, or convert between fat
308     /// pointers. We don't store the details of how the transform is
309     /// done (in fact, we don't know that, because it might depend on
310     /// the precise type parameters). We just store the target
311     /// type. Codegen backends and miri figure out what has to be done
312     /// based on the precise source/target type at hand.
313     Unsize,
314 }
315
316 /// The result of type inference: A mapping from expressions and patterns to types.
317 #[derive(Clone, PartialEq, Eq, Debug, Default)]
318 pub struct InferenceResult {
319     /// For each method call expr, records the function it resolves to.
320     method_resolutions: FxHashMap<ExprId, (FunctionId, Substitution)>,
321     /// For each field access expr, records the field it resolves to.
322     field_resolutions: FxHashMap<ExprId, FieldId>,
323     /// For each struct literal or pattern, records the variant it resolves to.
324     variant_resolutions: FxHashMap<ExprOrPatId, VariantId>,
325     /// For each associated item record what it resolves to
326     assoc_resolutions: FxHashMap<ExprOrPatId, AssocItemId>,
327     pub diagnostics: Vec<InferenceDiagnostic>,
328     pub type_of_expr: ArenaMap<ExprId, Ty>,
329     /// For each pattern record the type it resolves to.
330     ///
331     /// **Note**: When a pattern type is resolved it may still contain
332     /// unresolved or missing subpatterns or subpatterns of mismatched types.
333     pub type_of_pat: ArenaMap<PatId, Ty>,
334     type_mismatches: FxHashMap<ExprOrPatId, TypeMismatch>,
335     /// Interned Unknown to return references to.
336     standard_types: InternedStandardTypes,
337     /// Stores the types which were implicitly dereferenced in pattern binding modes.
338     pub pat_adjustments: FxHashMap<PatId, Vec<Ty>>,
339     pub pat_binding_modes: FxHashMap<PatId, BindingMode>,
340     pub expr_adjustments: FxHashMap<ExprId, Vec<Adjustment>>,
341 }
342
343 impl InferenceResult {
344     pub fn method_resolution(&self, expr: ExprId) -> Option<(FunctionId, Substitution)> {
345         self.method_resolutions.get(&expr).cloned()
346     }
347     pub fn field_resolution(&self, expr: ExprId) -> Option<FieldId> {
348         self.field_resolutions.get(&expr).copied()
349     }
350     pub fn variant_resolution_for_expr(&self, id: ExprId) -> Option<VariantId> {
351         self.variant_resolutions.get(&id.into()).copied()
352     }
353     pub fn variant_resolution_for_pat(&self, id: PatId) -> Option<VariantId> {
354         self.variant_resolutions.get(&id.into()).copied()
355     }
356     pub fn assoc_resolutions_for_expr(&self, id: ExprId) -> Option<AssocItemId> {
357         self.assoc_resolutions.get(&id.into()).copied()
358     }
359     pub fn assoc_resolutions_for_pat(&self, id: PatId) -> Option<AssocItemId> {
360         self.assoc_resolutions.get(&id.into()).copied()
361     }
362     pub fn type_mismatch_for_expr(&self, expr: ExprId) -> Option<&TypeMismatch> {
363         self.type_mismatches.get(&expr.into())
364     }
365     pub fn type_mismatch_for_pat(&self, pat: PatId) -> Option<&TypeMismatch> {
366         self.type_mismatches.get(&pat.into())
367     }
368     pub fn expr_type_mismatches(&self) -> impl Iterator<Item = (ExprId, &TypeMismatch)> {
369         self.type_mismatches.iter().filter_map(|(expr_or_pat, mismatch)| match *expr_or_pat {
370             ExprOrPatId::ExprId(expr) => Some((expr, mismatch)),
371             _ => None,
372         })
373     }
374     pub fn pat_type_mismatches(&self) -> impl Iterator<Item = (PatId, &TypeMismatch)> {
375         self.type_mismatches.iter().filter_map(|(expr_or_pat, mismatch)| match *expr_or_pat {
376             ExprOrPatId::PatId(pat) => Some((pat, mismatch)),
377             _ => None,
378         })
379     }
380 }
381
382 impl Index<ExprId> for InferenceResult {
383     type Output = Ty;
384
385     fn index(&self, expr: ExprId) -> &Ty {
386         self.type_of_expr.get(expr).unwrap_or(&self.standard_types.unknown)
387     }
388 }
389
390 impl Index<PatId> for InferenceResult {
391     type Output = Ty;
392
393     fn index(&self, pat: PatId) -> &Ty {
394         self.type_of_pat.get(pat).unwrap_or(&self.standard_types.unknown)
395     }
396 }
397
398 /// The inference context contains all information needed during type inference.
399 #[derive(Clone, Debug)]
400 pub(crate) struct InferenceContext<'a> {
401     pub(crate) db: &'a dyn HirDatabase,
402     pub(crate) owner: DefWithBodyId,
403     pub(crate) body: &'a Body,
404     pub(crate) resolver: Resolver,
405     table: unify::InferenceTable<'a>,
406     trait_env: Arc<TraitEnvironment>,
407     pub(crate) result: InferenceResult,
408     /// The return type of the function being inferred, the closure or async block if we're
409     /// currently within one.
410     ///
411     /// We might consider using a nested inference context for checking
412     /// closures, but currently this is the only field that will change there,
413     /// so it doesn't make sense.
414     return_ty: Ty,
415     diverges: Diverges,
416     breakables: Vec<BreakableContext>,
417 }
418
419 #[derive(Clone, Debug)]
420 struct BreakableContext {
421     /// Whether this context contains at least one break expression.
422     may_break: bool,
423     /// The coercion target of the context.
424     coerce: CoerceMany,
425     /// The optional label of the context.
426     label: Option<name::Name>,
427     kind: BreakableKind,
428 }
429
430 #[derive(Clone, Debug)]
431 enum BreakableKind {
432     Block,
433     Loop,
434     /// A border is something like an async block, closure etc. Anything that prevents
435     /// breaking/continuing through
436     Border,
437 }
438
439 fn find_breakable<'c>(
440     ctxs: &'c mut [BreakableContext],
441     label: Option<&name::Name>,
442 ) -> Option<&'c mut BreakableContext> {
443     let mut ctxs = ctxs
444         .iter_mut()
445         .rev()
446         .take_while(|it| matches!(it.kind, BreakableKind::Block | BreakableKind::Loop));
447     match label {
448         Some(_) => ctxs.find(|ctx| ctx.label.as_ref() == label),
449         None => ctxs.find(|ctx| matches!(ctx.kind, BreakableKind::Loop)),
450     }
451 }
452
453 fn find_continuable<'c>(
454     ctxs: &'c mut [BreakableContext],
455     label: Option<&name::Name>,
456 ) -> Option<&'c mut BreakableContext> {
457     match label {
458         Some(_) => find_breakable(ctxs, label).filter(|it| matches!(it.kind, BreakableKind::Loop)),
459         None => find_breakable(ctxs, label),
460     }
461 }
462
463 impl<'a> InferenceContext<'a> {
464     fn new(
465         db: &'a dyn HirDatabase,
466         owner: DefWithBodyId,
467         body: &'a Body,
468         resolver: Resolver,
469     ) -> Self {
470         let krate = owner.module(db.upcast()).krate();
471         let trait_env = owner
472             .as_generic_def_id()
473             .map_or_else(|| Arc::new(TraitEnvironment::empty(krate)), |d| db.trait_environment(d));
474         InferenceContext {
475             result: InferenceResult::default(),
476             table: unify::InferenceTable::new(db, trait_env.clone()),
477             trait_env,
478             return_ty: TyKind::Error.intern(Interner), // set in collect_fn_signature
479             db,
480             owner,
481             body,
482             resolver,
483             diverges: Diverges::Maybe,
484             breakables: Vec::new(),
485         }
486     }
487
488     fn resolve_all(self) -> InferenceResult {
489         let InferenceContext { mut table, mut result, .. } = self;
490
491         // FIXME resolve obligations as well (use Guidance if necessary)
492         table.resolve_obligations_as_possible();
493
494         // make sure diverging type variables are marked as such
495         table.propagate_diverging_flag();
496         for ty in result.type_of_expr.values_mut() {
497             *ty = table.resolve_completely(ty.clone());
498         }
499         for ty in result.type_of_pat.values_mut() {
500             *ty = table.resolve_completely(ty.clone());
501         }
502         for mismatch in result.type_mismatches.values_mut() {
503             mismatch.expected = table.resolve_completely(mismatch.expected.clone());
504             mismatch.actual = table.resolve_completely(mismatch.actual.clone());
505         }
506         for (_, subst) in result.method_resolutions.values_mut() {
507             *subst = table.resolve_completely(subst.clone());
508         }
509         for adjustment in result.expr_adjustments.values_mut().flatten() {
510             adjustment.target = table.resolve_completely(adjustment.target.clone());
511         }
512         for adjustment in result.pat_adjustments.values_mut().flatten() {
513             *adjustment = table.resolve_completely(adjustment.clone());
514         }
515         result
516     }
517
518     fn collect_const(&mut self, data: &ConstData) {
519         self.return_ty = self.make_ty(&data.type_ref);
520     }
521
522     fn collect_static(&mut self, data: &StaticData) {
523         self.return_ty = self.make_ty(&data.type_ref);
524     }
525
526     fn collect_fn(&mut self, func: FunctionId) {
527         let data = self.db.function_data(func);
528         let ctx = crate::lower::TyLoweringContext::new(self.db, &self.resolver)
529             .with_impl_trait_mode(ImplTraitLoweringMode::Param);
530         let param_tys =
531             data.params.iter().map(|(_, type_ref)| ctx.lower_ty(type_ref)).collect::<Vec<_>>();
532         for (ty, pat) in param_tys.into_iter().zip(self.body.params.iter()) {
533             let ty = self.insert_type_vars(ty);
534             let ty = self.normalize_associated_types_in(ty);
535
536             self.infer_pat(*pat, &ty, BindingMode::default());
537         }
538         let error_ty = &TypeRef::Error;
539         let return_ty = if data.has_async_kw() {
540             data.async_ret_type.as_deref().unwrap_or(error_ty)
541         } else {
542             &*data.ret_type
543         };
544         let return_ty = self.make_ty_with_mode(return_ty, ImplTraitLoweringMode::Opaque);
545         self.return_ty = return_ty;
546
547         if let Some(rpits) = self.db.return_type_impl_traits(func) {
548             // RPIT opaque types use substitution of their parent function.
549             let fn_placeholders = TyBuilder::placeholder_subst(self.db, func);
550             self.return_ty = fold_tys(
551                 self.return_ty.clone(),
552                 |ty, _| {
553                     let opaque_ty_id = match ty.kind(Interner) {
554                         TyKind::OpaqueType(opaque_ty_id, _) => *opaque_ty_id,
555                         _ => return ty,
556                     };
557                     let idx = match self.db.lookup_intern_impl_trait_id(opaque_ty_id.into()) {
558                         ImplTraitId::ReturnTypeImplTrait(_, idx) => idx,
559                         _ => unreachable!(),
560                     };
561                     let bounds = (*rpits).map_ref(|rpits| {
562                         rpits.impl_traits[idx as usize].bounds.map_ref(|it| it.into_iter())
563                     });
564                     let var = self.table.new_type_var();
565                     let var_subst = Substitution::from1(Interner, var.clone());
566                     for bound in bounds {
567                         let predicate =
568                             bound.map(|it| it.cloned()).substitute(Interner, &fn_placeholders);
569                         let (var_predicate, binders) = predicate
570                             .substitute(Interner, &var_subst)
571                             .into_value_and_skipped_binders();
572                         always!(binders.len(Interner) == 0); // quantified where clauses not yet handled
573                         self.push_obligation(var_predicate.cast(Interner));
574                     }
575                     var
576                 },
577                 DebruijnIndex::INNERMOST,
578             );
579         }
580     }
581
582     fn infer_body(&mut self) {
583         self.infer_expr_coerce(self.body.body_expr, &Expectation::has_type(self.return_ty.clone()));
584     }
585
586     fn write_expr_ty(&mut self, expr: ExprId, ty: Ty) {
587         self.result.type_of_expr.insert(expr, ty);
588     }
589
590     fn write_expr_adj(&mut self, expr: ExprId, adjustments: Vec<Adjustment>) {
591         self.result.expr_adjustments.insert(expr, adjustments);
592     }
593
594     fn write_method_resolution(&mut self, expr: ExprId, func: FunctionId, subst: Substitution) {
595         self.result.method_resolutions.insert(expr, (func, subst));
596     }
597
598     fn write_variant_resolution(&mut self, id: ExprOrPatId, variant: VariantId) {
599         self.result.variant_resolutions.insert(id, variant);
600     }
601
602     fn write_assoc_resolution(&mut self, id: ExprOrPatId, item: AssocItemId) {
603         self.result.assoc_resolutions.insert(id, item);
604     }
605
606     fn write_pat_ty(&mut self, pat: PatId, ty: Ty) {
607         self.result.type_of_pat.insert(pat, ty);
608     }
609
610     fn push_diagnostic(&mut self, diagnostic: InferenceDiagnostic) {
611         self.result.diagnostics.push(diagnostic);
612     }
613
614     fn make_ty_with_mode(
615         &mut self,
616         type_ref: &TypeRef,
617         impl_trait_mode: ImplTraitLoweringMode,
618     ) -> Ty {
619         // FIXME use right resolver for block
620         let ctx = crate::lower::TyLoweringContext::new(self.db, &self.resolver)
621             .with_impl_trait_mode(impl_trait_mode);
622         let ty = ctx.lower_ty(type_ref);
623         let ty = self.insert_type_vars(ty);
624         self.normalize_associated_types_in(ty)
625     }
626
627     fn make_ty(&mut self, type_ref: &TypeRef) -> Ty {
628         self.make_ty_with_mode(type_ref, ImplTraitLoweringMode::Disallowed)
629     }
630
631     fn err_ty(&self) -> Ty {
632         self.result.standard_types.unknown.clone()
633     }
634
635     /// Replaces ConstScalar::Unknown by a new type var, so we can maybe still infer it.
636     fn insert_const_vars_shallow(&mut self, c: Const) -> Const {
637         let data = c.data(Interner);
638         match data.value {
639             ConstValue::Concrete(cc) => match cc.interned {
640                 hir_def::type_ref::ConstScalar::Unknown => {
641                     self.table.new_const_var(data.ty.clone())
642                 }
643                 _ => c,
644             },
645             _ => c,
646         }
647     }
648
649     /// Replaces Ty::Unknown by a new type var, so we can maybe still infer it.
650     fn insert_type_vars_shallow(&mut self, ty: Ty) -> Ty {
651         match ty.kind(Interner) {
652             TyKind::Error => self.table.new_type_var(),
653             TyKind::InferenceVar(..) => {
654                 let ty_resolved = self.resolve_ty_shallow(&ty);
655                 if ty_resolved.is_unknown() {
656                     self.table.new_type_var()
657                 } else {
658                     ty
659                 }
660             }
661             _ => ty,
662         }
663     }
664
665     fn insert_type_vars(&mut self, ty: Ty) -> Ty {
666         fold_tys_and_consts(
667             ty,
668             |x, _| match x {
669                 Either::Left(ty) => Either::Left(self.insert_type_vars_shallow(ty)),
670                 Either::Right(c) => Either::Right(self.insert_const_vars_shallow(c)),
671             },
672             DebruijnIndex::INNERMOST,
673         )
674     }
675
676     fn push_obligation(&mut self, o: DomainGoal) {
677         self.table.register_obligation(o.cast(Interner));
678     }
679
680     fn unify(&mut self, ty1: &Ty, ty2: &Ty) -> bool {
681         self.table.unify(ty1, ty2)
682     }
683
684     /// Recurses through the given type, normalizing associated types mentioned
685     /// in it by replacing them by type variables and registering obligations to
686     /// resolve later. This should be done once for every type we get from some
687     /// type annotation (e.g. from a let type annotation, field type or function
688     /// call). `make_ty` handles this already, but e.g. for field types we need
689     /// to do it as well.
690     fn normalize_associated_types_in(&mut self, ty: Ty) -> Ty {
691         self.table.normalize_associated_types_in(ty)
692     }
693
694     fn resolve_ty_shallow(&mut self, ty: &Ty) -> Ty {
695         self.table.resolve_ty_shallow(ty)
696     }
697
698     fn resolve_associated_type(&mut self, inner_ty: Ty, assoc_ty: Option<TypeAliasId>) -> Ty {
699         self.resolve_associated_type_with_params(inner_ty, assoc_ty, &[])
700     }
701
702     fn resolve_associated_type_with_params(
703         &mut self,
704         inner_ty: Ty,
705         assoc_ty: Option<TypeAliasId>,
706         params: &[GenericArg],
707     ) -> Ty {
708         match assoc_ty {
709             Some(res_assoc_ty) => {
710                 let trait_ = match res_assoc_ty.lookup(self.db.upcast()).container {
711                     hir_def::ItemContainerId::TraitId(trait_) => trait_,
712                     _ => panic!("resolve_associated_type called with non-associated type"),
713                 };
714                 let ty = self.table.new_type_var();
715                 let mut param_iter = params.iter().cloned();
716                 let trait_ref = TyBuilder::trait_ref(self.db, trait_)
717                     .push(inner_ty)
718                     .fill(|_| param_iter.next().unwrap())
719                     .build();
720                 let alias_eq = AliasEq {
721                     alias: AliasTy::Projection(ProjectionTy {
722                         associated_ty_id: to_assoc_type_id(res_assoc_ty),
723                         substitution: trait_ref.substitution.clone(),
724                     }),
725                     ty: ty.clone(),
726                 };
727                 self.push_obligation(trait_ref.cast(Interner));
728                 self.push_obligation(alias_eq.cast(Interner));
729                 ty
730             }
731             None => self.err_ty(),
732         }
733     }
734
735     fn resolve_variant(&mut self, path: Option<&Path>, value_ns: bool) -> (Ty, Option<VariantId>) {
736         let path = match path {
737             Some(path) => path,
738             None => return (self.err_ty(), None),
739         };
740         let resolver = &self.resolver;
741         let ctx = crate::lower::TyLoweringContext::new(self.db, &self.resolver);
742         // FIXME: this should resolve assoc items as well, see this example:
743         // https://play.rust-lang.org/?gist=087992e9e22495446c01c0d4e2d69521
744         let (resolution, unresolved) = if value_ns {
745             match resolver.resolve_path_in_value_ns(self.db.upcast(), path.mod_path()) {
746                 Some(ResolveValueResult::ValueNs(value)) => match value {
747                     ValueNs::EnumVariantId(var) => {
748                         let substs = ctx.substs_from_path(path, var.into(), true);
749                         let ty = self.db.ty(var.parent.into());
750                         let ty = self.insert_type_vars(ty.substitute(Interner, &substs));
751                         return (ty, Some(var.into()));
752                     }
753                     ValueNs::StructId(strukt) => {
754                         let substs = ctx.substs_from_path(path, strukt.into(), true);
755                         let ty = self.db.ty(strukt.into());
756                         let ty = self.insert_type_vars(ty.substitute(Interner, &substs));
757                         return (ty, Some(strukt.into()));
758                     }
759                     ValueNs::ImplSelf(impl_id) => (TypeNs::SelfType(impl_id), None),
760                     _ => return (self.err_ty(), None),
761                 },
762                 Some(ResolveValueResult::Partial(typens, unresolved)) => (typens, Some(unresolved)),
763                 None => return (self.err_ty(), None),
764             }
765         } else {
766             match resolver.resolve_path_in_type_ns(self.db.upcast(), path.mod_path()) {
767                 Some(it) => it,
768                 None => return (self.err_ty(), None),
769             }
770         };
771         return match resolution {
772             TypeNs::AdtId(AdtId::StructId(strukt)) => {
773                 let substs = ctx.substs_from_path(path, strukt.into(), true);
774                 let ty = self.db.ty(strukt.into());
775                 let ty = self.insert_type_vars(ty.substitute(Interner, &substs));
776                 forbid_unresolved_segments((ty, Some(strukt.into())), unresolved)
777             }
778             TypeNs::AdtId(AdtId::UnionId(u)) => {
779                 let substs = ctx.substs_from_path(path, u.into(), true);
780                 let ty = self.db.ty(u.into());
781                 let ty = self.insert_type_vars(ty.substitute(Interner, &substs));
782                 forbid_unresolved_segments((ty, Some(u.into())), unresolved)
783             }
784             TypeNs::EnumVariantId(var) => {
785                 let substs = ctx.substs_from_path(path, var.into(), true);
786                 let ty = self.db.ty(var.parent.into());
787                 let ty = self.insert_type_vars(ty.substitute(Interner, &substs));
788                 forbid_unresolved_segments((ty, Some(var.into())), unresolved)
789             }
790             TypeNs::SelfType(impl_id) => {
791                 let generics = crate::utils::generics(self.db.upcast(), impl_id.into());
792                 let substs = generics.placeholder_subst(self.db);
793                 let ty = self.db.impl_self_ty(impl_id).substitute(Interner, &substs);
794                 self.resolve_variant_on_alias(ty, unresolved, path)
795             }
796             TypeNs::TypeAliasId(it) => {
797                 let ty = TyBuilder::def_ty(self.db, it.into())
798                     .fill_with_inference_vars(&mut self.table)
799                     .build();
800                 self.resolve_variant_on_alias(ty, unresolved, path)
801             }
802             TypeNs::AdtSelfType(_) => {
803                 // FIXME this could happen in array size expressions, once we're checking them
804                 (self.err_ty(), None)
805             }
806             TypeNs::GenericParam(_) => {
807                 // FIXME potentially resolve assoc type
808                 (self.err_ty(), None)
809             }
810             TypeNs::AdtId(AdtId::EnumId(_)) | TypeNs::BuiltinType(_) | TypeNs::TraitId(_) => {
811                 // FIXME diagnostic
812                 (self.err_ty(), None)
813             }
814         };
815
816         fn forbid_unresolved_segments(
817             result: (Ty, Option<VariantId>),
818             unresolved: Option<usize>,
819         ) -> (Ty, Option<VariantId>) {
820             if unresolved.is_none() {
821                 result
822             } else {
823                 // FIXME diagnostic
824                 (TyKind::Error.intern(Interner), None)
825             }
826         }
827     }
828
829     fn resolve_variant_on_alias(
830         &mut self,
831         ty: Ty,
832         unresolved: Option<usize>,
833         path: &Path,
834     ) -> (Ty, Option<VariantId>) {
835         let remaining = unresolved.map(|x| path.segments().skip(x).len()).filter(|x| x > &0);
836         match remaining {
837             None => {
838                 let variant = ty.as_adt().and_then(|(adt_id, _)| match adt_id {
839                     AdtId::StructId(s) => Some(VariantId::StructId(s)),
840                     AdtId::UnionId(u) => Some(VariantId::UnionId(u)),
841                     AdtId::EnumId(_) => {
842                         // FIXME Error E0071, expected struct, variant or union type, found enum `Foo`
843                         None
844                     }
845                 });
846                 (ty, variant)
847             }
848             Some(1) => {
849                 let segment = path.mod_path().segments().last().unwrap();
850                 // this could be an enum variant or associated type
851                 if let Some((AdtId::EnumId(enum_id), _)) = ty.as_adt() {
852                     let enum_data = self.db.enum_data(enum_id);
853                     if let Some(local_id) = enum_data.variant(segment) {
854                         let variant = EnumVariantId { parent: enum_id, local_id };
855                         return (ty, Some(variant.into()));
856                     }
857                 }
858                 // FIXME potentially resolve assoc type
859                 (self.err_ty(), None)
860             }
861             Some(_) => {
862                 // FIXME diagnostic
863                 (self.err_ty(), None)
864             }
865         }
866     }
867
868     fn resolve_lang_item(&self, name: Name) -> Option<LangItemTarget> {
869         let krate = self.resolver.krate();
870         self.db.lang_item(krate, name.to_smol_str())
871     }
872
873     fn resolve_into_iter_item(&self) -> Option<TypeAliasId> {
874         let path = path![core::iter::IntoIterator];
875         let trait_ = self.resolver.resolve_known_trait(self.db.upcast(), &path)?;
876         self.db.trait_data(trait_).associated_type_by_name(&name![Item])
877     }
878
879     fn resolve_ops_try_ok(&self) -> Option<TypeAliasId> {
880         // FIXME resolve via lang_item once try v2 is stable
881         let path = path![core::ops::Try];
882         let trait_ = self.resolver.resolve_known_trait(self.db.upcast(), &path)?;
883         let trait_data = self.db.trait_data(trait_);
884         trait_data
885             // FIXME remove once try v2 is stable
886             .associated_type_by_name(&name![Ok])
887             .or_else(|| trait_data.associated_type_by_name(&name![Output]))
888     }
889
890     fn resolve_ops_neg_output(&self) -> Option<TypeAliasId> {
891         let trait_ = self.resolve_lang_item(name![neg])?.as_trait()?;
892         self.db.trait_data(trait_).associated_type_by_name(&name![Output])
893     }
894
895     fn resolve_ops_not_output(&self) -> Option<TypeAliasId> {
896         let trait_ = self.resolve_lang_item(name![not])?.as_trait()?;
897         self.db.trait_data(trait_).associated_type_by_name(&name![Output])
898     }
899
900     fn resolve_future_future_output(&self) -> Option<TypeAliasId> {
901         let trait_ = self
902             .resolver
903             .resolve_known_trait(self.db.upcast(), &path![core::future::IntoFuture])
904             .or_else(|| self.resolve_lang_item(name![future_trait])?.as_trait())?;
905         self.db.trait_data(trait_).associated_type_by_name(&name![Output])
906     }
907
908     fn resolve_boxed_box(&self) -> Option<AdtId> {
909         let struct_ = self.resolve_lang_item(name![owned_box])?.as_struct()?;
910         Some(struct_.into())
911     }
912
913     fn resolve_range_full(&self) -> Option<AdtId> {
914         let path = path![core::ops::RangeFull];
915         let struct_ = self.resolver.resolve_known_struct(self.db.upcast(), &path)?;
916         Some(struct_.into())
917     }
918
919     fn resolve_range(&self) -> Option<AdtId> {
920         let path = path![core::ops::Range];
921         let struct_ = self.resolver.resolve_known_struct(self.db.upcast(), &path)?;
922         Some(struct_.into())
923     }
924
925     fn resolve_range_inclusive(&self) -> Option<AdtId> {
926         let path = path![core::ops::RangeInclusive];
927         let struct_ = self.resolver.resolve_known_struct(self.db.upcast(), &path)?;
928         Some(struct_.into())
929     }
930
931     fn resolve_range_from(&self) -> Option<AdtId> {
932         let path = path![core::ops::RangeFrom];
933         let struct_ = self.resolver.resolve_known_struct(self.db.upcast(), &path)?;
934         Some(struct_.into())
935     }
936
937     fn resolve_range_to(&self) -> Option<AdtId> {
938         let path = path![core::ops::RangeTo];
939         let struct_ = self.resolver.resolve_known_struct(self.db.upcast(), &path)?;
940         Some(struct_.into())
941     }
942
943     fn resolve_range_to_inclusive(&self) -> Option<AdtId> {
944         let path = path![core::ops::RangeToInclusive];
945         let struct_ = self.resolver.resolve_known_struct(self.db.upcast(), &path)?;
946         Some(struct_.into())
947     }
948
949     fn resolve_ops_index(&self) -> Option<TraitId> {
950         self.resolve_lang_item(name![index])?.as_trait()
951     }
952
953     fn resolve_ops_index_output(&self) -> Option<TypeAliasId> {
954         let trait_ = self.resolve_ops_index()?;
955         self.db.trait_data(trait_).associated_type_by_name(&name![Output])
956     }
957 }
958
959 /// When inferring an expression, we propagate downward whatever type hint we
960 /// are able in the form of an `Expectation`.
961 #[derive(Clone, PartialEq, Eq, Debug)]
962 pub(crate) enum Expectation {
963     None,
964     HasType(Ty),
965     // Castable(Ty), // rustc has this, we currently just don't propagate an expectation for casts
966     RValueLikeUnsized(Ty),
967 }
968
969 impl Expectation {
970     /// The expectation that the type of the expression needs to equal the given
971     /// type.
972     fn has_type(ty: Ty) -> Self {
973         if ty.is_unknown() {
974             // FIXME: get rid of this?
975             Expectation::None
976         } else {
977             Expectation::HasType(ty)
978         }
979     }
980
981     fn from_option(ty: Option<Ty>) -> Self {
982         ty.map_or(Expectation::None, Expectation::HasType)
983     }
984
985     /// The following explanation is copied straight from rustc:
986     /// Provides an expectation for an rvalue expression given an *optional*
987     /// hint, which is not required for type safety (the resulting type might
988     /// be checked higher up, as is the case with `&expr` and `box expr`), but
989     /// is useful in determining the concrete type.
990     ///
991     /// The primary use case is where the expected type is a fat pointer,
992     /// like `&[isize]`. For example, consider the following statement:
993     ///
994     ///    let x: &[isize] = &[1, 2, 3];
995     ///
996     /// In this case, the expected type for the `&[1, 2, 3]` expression is
997     /// `&[isize]`. If however we were to say that `[1, 2, 3]` has the
998     /// expectation `ExpectHasType([isize])`, that would be too strong --
999     /// `[1, 2, 3]` does not have the type `[isize]` but rather `[isize; 3]`.
1000     /// It is only the `&[1, 2, 3]` expression as a whole that can be coerced
1001     /// to the type `&[isize]`. Therefore, we propagate this more limited hint,
1002     /// which still is useful, because it informs integer literals and the like.
1003     /// See the test case `test/ui/coerce-expect-unsized.rs` and #20169
1004     /// for examples of where this comes up,.
1005     fn rvalue_hint(table: &mut unify::InferenceTable<'_>, ty: Ty) -> Self {
1006         // FIXME: do struct_tail_without_normalization
1007         match table.resolve_ty_shallow(&ty).kind(Interner) {
1008             TyKind::Slice(_) | TyKind::Str | TyKind::Dyn(_) => Expectation::RValueLikeUnsized(ty),
1009             _ => Expectation::has_type(ty),
1010         }
1011     }
1012
1013     /// This expresses no expectation on the type.
1014     fn none() -> Self {
1015         Expectation::None
1016     }
1017
1018     fn resolve(&self, table: &mut unify::InferenceTable<'_>) -> Expectation {
1019         match self {
1020             Expectation::None => Expectation::None,
1021             Expectation::HasType(t) => Expectation::HasType(table.resolve_ty_shallow(t)),
1022             Expectation::RValueLikeUnsized(t) => {
1023                 Expectation::RValueLikeUnsized(table.resolve_ty_shallow(t))
1024             }
1025         }
1026     }
1027
1028     fn to_option(&self, table: &mut unify::InferenceTable<'_>) -> Option<Ty> {
1029         match self.resolve(table) {
1030             Expectation::None => None,
1031             Expectation::HasType(t) |
1032             // Expectation::Castable(t) |
1033             Expectation::RValueLikeUnsized(t) => Some(t),
1034         }
1035     }
1036
1037     fn only_has_type(&self, table: &mut unify::InferenceTable<'_>) -> Option<Ty> {
1038         match self {
1039             Expectation::HasType(t) => Some(table.resolve_ty_shallow(t)),
1040             // Expectation::Castable(_) |
1041             Expectation::RValueLikeUnsized(_) | Expectation::None => None,
1042         }
1043     }
1044
1045     /// Comment copied from rustc:
1046     /// Disregard "castable to" expectations because they
1047     /// can lead us astray. Consider for example `if cond
1048     /// {22} else {c} as u8` -- if we propagate the
1049     /// "castable to u8" constraint to 22, it will pick the
1050     /// type 22u8, which is overly constrained (c might not
1051     /// be a u8). In effect, the problem is that the
1052     /// "castable to" expectation is not the tightest thing
1053     /// we can say, so we want to drop it in this case.
1054     /// The tightest thing we can say is "must unify with
1055     /// else branch". Note that in the case of a "has type"
1056     /// constraint, this limitation does not hold.
1057     ///
1058     /// If the expected type is just a type variable, then don't use
1059     /// an expected type. Otherwise, we might write parts of the type
1060     /// when checking the 'then' block which are incompatible with the
1061     /// 'else' branch.
1062     fn adjust_for_branches(&self, table: &mut unify::InferenceTable<'_>) -> Expectation {
1063         match self {
1064             Expectation::HasType(ety) => {
1065                 let ety = table.resolve_ty_shallow(ety);
1066                 if !ety.is_ty_var() {
1067                     Expectation::HasType(ety)
1068                 } else {
1069                     Expectation::None
1070                 }
1071             }
1072             Expectation::RValueLikeUnsized(ety) => Expectation::RValueLikeUnsized(ety.clone()),
1073             _ => Expectation::None,
1074         }
1075     }
1076 }
1077
1078 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord)]
1079 enum Diverges {
1080     Maybe,
1081     Always,
1082 }
1083
1084 impl Diverges {
1085     fn is_always(self) -> bool {
1086         self == Diverges::Always
1087     }
1088 }
1089
1090 impl std::ops::BitAnd for Diverges {
1091     type Output = Self;
1092     fn bitand(self, other: Self) -> Self {
1093         std::cmp::min(self, other)
1094     }
1095 }
1096
1097 impl std::ops::BitOr for Diverges {
1098     type Output = Self;
1099     fn bitor(self, other: Self) -> Self {
1100         std::cmp::max(self, other)
1101     }
1102 }
1103
1104 impl std::ops::BitAndAssign for Diverges {
1105     fn bitand_assign(&mut self, other: Self) {
1106         *self = *self & other;
1107     }
1108 }
1109
1110 impl std::ops::BitOrAssign for Diverges {
1111     fn bitor_assign(&mut self, other: Self) {
1112         *self = *self | other;
1113     }
1114 }