]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/cmd/compile/internal/types2/unify.go
go/types, types2: correctly consider ~ (tilde) in constraint type inference
[gostls13.git] / src / cmd / compile / internal / types2 / unify.go
1 // Copyright 2020 The Go Authors. All rights reserved.
2 // Use of this source code is governed by a BSD-style
3 // license that can be found in the LICENSE file.
4
5 // This file implements type unification.
6
7 package types2
8
9 import (
10         "bytes"
11         "fmt"
12         "strings"
13 )
14
15 // The unifier maintains two separate sets of type parameters x and y
16 // which are used to resolve type parameters in the x and y arguments
17 // provided to the unify call. For unidirectional unification, only
18 // one of these sets (say x) is provided, and then type parameters are
19 // only resolved for the x argument passed to unify, not the y argument
20 // (even if that also contains possibly the same type parameters). This
21 // is crucial to infer the type parameters of self-recursive calls:
22 //
23 //      func f[P any](a P) { f(a) }
24 //
25 // For the call f(a) we want to infer that the type argument for P is P.
26 // During unification, the parameter type P must be resolved to the type
27 // parameter P ("x" side), but the argument type P must be left alone so
28 // that unification resolves the type parameter P to P.
29 //
30 // For bidirectional unification, both sets are provided. This enables
31 // unification to go from argument to parameter type and vice versa.
32 // For constraint type inference, we use bidirectional unification
33 // where both the x and y type parameters are identical. This is done
34 // by setting up one of them (using init) and then assigning its value
35 // to the other.
36
37 const (
38         // Upper limit for recursion depth. Used to catch infinite recursions
39         // due to implementation issues (e.g., see issues #48619, #48656).
40         unificationDepthLimit = 50
41
42         // Whether to panic when unificationDepthLimit is reached. Turn on when
43         // investigating infinite recursion.
44         panicAtUnificationDepthLimit = false
45
46         // If enableCoreTypeUnification is set, unification will consider
47         // the core types, if any, of non-local (unbound) type parameters.
48         enableCoreTypeUnification = true
49
50         // If traceInference is set, unification will print a trace of its operation.
51         // Interpretation of trace:
52         //   x ≡ y    attempt to unify types x and y
53         //   p ➞ y    type parameter p is set to type y (p is inferred to be y)
54         //   p ⇄ q    type parameters p and q match (p is inferred to be q and vice versa)
55         //   x ≢ y    types x and y cannot be unified
56         //   [p, q, ...] ➞ [x, y, ...]    mapping from type parameters to types
57         traceInference = false
58 )
59
60 // A unifier maintains the current type parameters for x and y
61 // and the respective types inferred for each type parameter.
62 // A unifier is created by calling newUnifier.
63 type unifier struct {
64         exact bool
65         x, y  tparamsList // x and y must initialized via tparamsList.init
66         types []Type      // inferred types, shared by x and y
67         depth int         // recursion depth during unification
68 }
69
70 // newUnifier returns a new unifier.
71 // If exact is set, unification requires unified types to match
72 // exactly. If exact is not set, a named type's underlying type
73 // is considered if unification would fail otherwise, and the
74 // direction of channels is ignored.
75 // TODO(gri) exact is not set anymore by a caller. Consider removing it.
76 func newUnifier(exact bool) *unifier {
77         u := &unifier{exact: exact}
78         u.x.unifier = u
79         u.y.unifier = u
80         return u
81 }
82
83 // unify attempts to unify x and y and reports whether it succeeded.
84 func (u *unifier) unify(x, y Type) bool {
85         return u.nify(x, y, nil)
86 }
87
88 func (u *unifier) tracef(format string, args ...interface{}) {
89         fmt.Println(strings.Repeat(".  ", u.depth) + sprintf(nil, true, format, args...))
90 }
91
92 // A tparamsList describes a list of type parameters and the types inferred for them.
93 type tparamsList struct {
94         unifier *unifier
95         tparams []*TypeParam
96         // For each tparams element, there is a corresponding type slot index in indices.
97         // index  < 0: unifier.types[-index-1] == nil
98         // index == 0: no type slot allocated yet
99         // index  > 0: unifier.types[index-1] == typ
100         // Joined tparams elements share the same type slot and thus have the same index.
101         // By using a negative index for nil types we don't need to check unifier.types
102         // to see if we have a type or not.
103         indices []int // len(d.indices) == len(d.tparams)
104 }
105
106 // String returns a string representation for a tparamsList. For debugging.
107 func (d *tparamsList) String() string {
108         var buf bytes.Buffer
109         w := newTypeWriter(&buf, nil)
110         w.byte('[')
111         for i, tpar := range d.tparams {
112                 if i > 0 {
113                         w.string(", ")
114                 }
115                 w.typ(tpar)
116                 w.string(": ")
117                 w.typ(d.at(i))
118         }
119         w.byte(']')
120         return buf.String()
121 }
122
123 // init initializes d with the given type parameters.
124 // The type parameters must be in the order in which they appear in their declaration
125 // (this ensures that the tparams indices match the respective type parameter index).
126 func (d *tparamsList) init(tparams []*TypeParam) {
127         if len(tparams) == 0 {
128                 return
129         }
130         if debug {
131                 for i, tpar := range tparams {
132                         assert(i == tpar.index)
133                 }
134         }
135         d.tparams = tparams
136         d.indices = make([]int, len(tparams))
137 }
138
139 // join unifies the i'th type parameter of x with the j'th type parameter of y.
140 // If both type parameters already have a type associated with them and they are
141 // not joined, join fails and returns false.
142 func (u *unifier) join(i, j int) bool {
143         if traceInference {
144                 u.tracef("%s ⇄ %s", u.x.tparams[i], u.y.tparams[j])
145         }
146         ti := u.x.indices[i]
147         tj := u.y.indices[j]
148         switch {
149         case ti == 0 && tj == 0:
150                 // Neither type parameter has a type slot associated with them.
151                 // Allocate a new joined nil type slot (negative index).
152                 u.types = append(u.types, nil)
153                 u.x.indices[i] = -len(u.types)
154                 u.y.indices[j] = -len(u.types)
155         case ti == 0:
156                 // The type parameter for x has no type slot yet. Use slot of y.
157                 u.x.indices[i] = tj
158         case tj == 0:
159                 // The type parameter for y has no type slot yet. Use slot of x.
160                 u.y.indices[j] = ti
161
162         // Both type parameters have a slot: ti != 0 && tj != 0.
163         case ti == tj:
164                 // Both type parameters already share the same slot. Nothing to do.
165                 break
166         case ti > 0 && tj > 0:
167                 // Both type parameters have (possibly different) inferred types. Cannot join.
168                 // TODO(gri) Should we check if types are identical? Investigate.
169                 return false
170         case ti > 0:
171                 // Only the type parameter for x has an inferred type. Use x slot for y.
172                 u.y.setIndex(j, ti)
173         // This case is handled like the default case.
174         // case tj > 0:
175         //      // Only the type parameter for y has an inferred type. Use y slot for x.
176         //      u.x.setIndex(i, tj)
177         default:
178                 // Neither type parameter has an inferred type. Use y slot for x
179                 // (or x slot for y, it doesn't matter).
180                 u.x.setIndex(i, tj)
181         }
182         return true
183 }
184
185 // If typ is a type parameter of d, index returns the type parameter index.
186 // Otherwise, the result is < 0.
187 func (d *tparamsList) index(typ Type) int {
188         if tpar, ok := typ.(*TypeParam); ok {
189                 return tparamIndex(d.tparams, tpar)
190         }
191         return -1
192 }
193
194 // If tpar is a type parameter in list, tparamIndex returns the type parameter index.
195 // Otherwise, the result is < 0. tpar must not be nil.
196 func tparamIndex(list []*TypeParam, tpar *TypeParam) int {
197         // Once a type parameter is bound its index is >= 0. However, there are some
198         // code paths (namely tracing and type hashing) by which it is possible to
199         // arrive here with a type parameter that has not been bound, hence the check
200         // for 0 <= i below.
201         // TODO(rfindley): investigate a better approach for guarding against using
202         // unbound type parameters.
203         if i := tpar.index; 0 <= i && i < len(list) && list[i] == tpar {
204                 return i
205         }
206         return -1
207 }
208
209 // setIndex sets the type slot index for the i'th type parameter
210 // (and all its joined parameters) to tj. The type parameter
211 // must have a (possibly nil) type slot associated with it.
212 func (d *tparamsList) setIndex(i, tj int) {
213         ti := d.indices[i]
214         assert(ti != 0 && tj != 0)
215         for k, tk := range d.indices {
216                 if tk == ti {
217                         d.indices[k] = tj
218                 }
219         }
220 }
221
222 // at returns the type set for the i'th type parameter; or nil.
223 func (d *tparamsList) at(i int) Type {
224         if ti := d.indices[i]; ti > 0 {
225                 return d.unifier.types[ti-1]
226         }
227         return nil
228 }
229
230 // set sets the type typ for the i'th type parameter;
231 // typ must not be nil and it must not have been set before.
232 func (d *tparamsList) set(i int, typ Type) {
233         assert(typ != nil)
234         u := d.unifier
235         if traceInference {
236                 u.tracef("%s ➞ %s", d.tparams[i], typ)
237         }
238         switch ti := d.indices[i]; {
239         case ti < 0:
240                 u.types[-ti-1] = typ
241                 d.setIndex(i, -ti)
242         case ti == 0:
243                 u.types = append(u.types, typ)
244                 d.indices[i] = len(u.types)
245         default:
246                 panic("type already set")
247         }
248 }
249
250 // unknowns returns the number of type parameters for which no type has been set yet.
251 func (d *tparamsList) unknowns() int {
252         n := 0
253         for _, ti := range d.indices {
254                 if ti <= 0 {
255                         n++
256                 }
257         }
258         return n
259 }
260
261 // types returns the list of inferred types (via unification) for the type parameters
262 // described by d, and an index. If all types were inferred, the returned index is < 0.
263 // Otherwise, it is the index of the first type parameter which couldn't be inferred;
264 // i.e., for which list[index] is nil.
265 func (d *tparamsList) types() (list []Type, index int) {
266         list = make([]Type, len(d.tparams))
267         index = -1
268         for i := range d.tparams {
269                 t := d.at(i)
270                 list[i] = t
271                 if index < 0 && t == nil {
272                         index = i
273                 }
274         }
275         return
276 }
277
278 func (u *unifier) nifyEq(x, y Type, p *ifacePair) bool {
279         return x == y || u.nify(x, y, p)
280 }
281
282 // nify implements the core unification algorithm which is an
283 // adapted version of Checker.identical. For changes to that
284 // code the corresponding changes should be made here.
285 // Must not be called directly from outside the unifier.
286 func (u *unifier) nify(x, y Type, p *ifacePair) (result bool) {
287         if traceInference {
288                 u.tracef("%s ≡ %s", x, y)
289         }
290
291         // Stop gap for cases where unification fails.
292         if u.depth >= unificationDepthLimit {
293                 if traceInference {
294                         u.tracef("depth %d >= %d", u.depth, unificationDepthLimit)
295                 }
296                 if panicAtUnificationDepthLimit {
297                         panic("unification reached recursion depth limit")
298                 }
299                 return false
300         }
301         u.depth++
302         defer func() {
303                 u.depth--
304                 if traceInference && !result {
305                         u.tracef("%s ≢ %s", x, y)
306                 }
307         }()
308
309         if !u.exact {
310                 // If exact unification is known to fail because we attempt to
311                 // match a type name against an unnamed type literal, consider
312                 // the underlying type of the named type.
313                 // (We use !hasName to exclude any type with a name, including
314                 // basic types and type parameters; the rest are unamed types.)
315                 if nx, _ := x.(*Named); nx != nil && !hasName(y) {
316                         if traceInference {
317                                 u.tracef("under %s ≡ %s", nx, y)
318                         }
319                         return u.nify(nx.under(), y, p)
320                 } else if ny, _ := y.(*Named); ny != nil && !hasName(x) {
321                         if traceInference {
322                                 u.tracef("%s ≡ under %s", x, ny)
323                         }
324                         return u.nify(x, ny.under(), p)
325                 }
326         }
327
328         // Cases where at least one of x or y is a type parameter.
329         switch i, j := u.x.index(x), u.y.index(y); {
330         case i >= 0 && j >= 0:
331                 // both x and y are type parameters
332                 if u.join(i, j) {
333                         return true
334                 }
335                 // both x and y have an inferred type - they must match
336                 return u.nifyEq(u.x.at(i), u.y.at(j), p)
337
338         case i >= 0:
339                 // x is a type parameter, y is not
340                 if tx := u.x.at(i); tx != nil {
341                         return u.nifyEq(tx, y, p)
342                 }
343                 // otherwise, infer type from y
344                 u.x.set(i, y)
345                 return true
346
347         case j >= 0:
348                 // y is a type parameter, x is not
349                 if ty := u.y.at(j); ty != nil {
350                         return u.nifyEq(x, ty, p)
351                 }
352                 // otherwise, infer type from x
353                 u.y.set(j, x)
354                 return true
355         }
356
357         // If we get here and x or y is a type parameter, they are type parameters
358         // from outside our declaration list. Try to unify their core types, if any
359         // (see issue #50755 for a test case).
360         if enableCoreTypeUnification && !u.exact {
361                 if isTypeParam(x) && !hasName(y) {
362                         // Caution: This may not be correct in light of ~ constraints.
363                         //          See issue #51376.
364                         // TODO(gri) investigate!
365                         //
366                         // When considering the type parameter for unification
367                         // we look at the adjusted core type (coreTerm).
368                         // If the adjusted core type is a named type N; the
369                         // corresponding core type is under(N). Since !u.exact
370                         // and y doesn't have a name, unification will end up
371                         // comparing under(N) to y, so we can just use the core
372                         // type instead. Optimization.
373                         if cx := coreType(x); cx != nil {
374                                 if traceInference {
375                                         u.tracef("core %s ≡ %s", x, y)
376                                 }
377                                 return u.nify(cx, y, p)
378                         }
379                 } else if isTypeParam(y) && !hasName(x) {
380                         // see comment above
381                         if cy := coreType(y); cy != nil {
382                                 if traceInference {
383                                         u.tracef("%s ≡ core %s", x, y)
384                                 }
385                                 return u.nify(x, cy, p)
386                         }
387                 }
388         }
389
390         // For type unification, do not shortcut (x == y) for identical
391         // types. Instead keep comparing them element-wise to unify the
392         // matching (and equal type parameter types). A simple test case
393         // where this matters is: func f[P any](a P) { f(a) } .
394
395         switch x := x.(type) {
396         case *Basic:
397                 // Basic types are singletons except for the rune and byte
398                 // aliases, thus we cannot solely rely on the x == y check
399                 // above. See also comment in TypeName.IsAlias.
400                 if y, ok := y.(*Basic); ok {
401                         return x.kind == y.kind
402                 }
403
404         case *Array:
405                 // Two array types are identical if they have identical element types
406                 // and the same array length.
407                 if y, ok := y.(*Array); ok {
408                         // If one or both array lengths are unknown (< 0) due to some error,
409                         // assume they are the same to avoid spurious follow-on errors.
410                         return (x.len < 0 || y.len < 0 || x.len == y.len) && u.nify(x.elem, y.elem, p)
411                 }
412
413         case *Slice:
414                 // Two slice types are identical if they have identical element types.
415                 if y, ok := y.(*Slice); ok {
416                         return u.nify(x.elem, y.elem, p)
417                 }
418
419         case *Struct:
420                 // Two struct types are identical if they have the same sequence of fields,
421                 // and if corresponding fields have the same names, and identical types,
422                 // and identical tags. Two embedded fields are considered to have the same
423                 // name. Lower-case field names from different packages are always different.
424                 if y, ok := y.(*Struct); ok {
425                         if x.NumFields() == y.NumFields() {
426                                 for i, f := range x.fields {
427                                         g := y.fields[i]
428                                         if f.embedded != g.embedded ||
429                                                 x.Tag(i) != y.Tag(i) ||
430                                                 !f.sameId(g.pkg, g.name) ||
431                                                 !u.nify(f.typ, g.typ, p) {
432                                                 return false
433                                         }
434                                 }
435                                 return true
436                         }
437                 }
438
439         case *Pointer:
440                 // Two pointer types are identical if they have identical base types.
441                 if y, ok := y.(*Pointer); ok {
442                         return u.nify(x.base, y.base, p)
443                 }
444
445         case *Tuple:
446                 // Two tuples types are identical if they have the same number of elements
447                 // and corresponding elements have identical types.
448                 if y, ok := y.(*Tuple); ok {
449                         if x.Len() == y.Len() {
450                                 if x != nil {
451                                         for i, v := range x.vars {
452                                                 w := y.vars[i]
453                                                 if !u.nify(v.typ, w.typ, p) {
454                                                         return false
455                                                 }
456                                         }
457                                 }
458                                 return true
459                         }
460                 }
461
462         case *Signature:
463                 // Two function types are identical if they have the same number of parameters
464                 // and result values, corresponding parameter and result types are identical,
465                 // and either both functions are variadic or neither is. Parameter and result
466                 // names are not required to match.
467                 // TODO(gri) handle type parameters or document why we can ignore them.
468                 if y, ok := y.(*Signature); ok {
469                         return x.variadic == y.variadic &&
470                                 u.nify(x.params, y.params, p) &&
471                                 u.nify(x.results, y.results, p)
472                 }
473
474         case *Interface:
475                 // Two interface types are identical if they have the same set of methods with
476                 // the same names and identical function types. Lower-case method names from
477                 // different packages are always different. The order of the methods is irrelevant.
478                 if y, ok := y.(*Interface); ok {
479                         xset := x.typeSet()
480                         yset := y.typeSet()
481                         if xset.comparable != yset.comparable {
482                                 return false
483                         }
484                         if !xset.terms.equal(yset.terms) {
485                                 return false
486                         }
487                         a := xset.methods
488                         b := yset.methods
489                         if len(a) == len(b) {
490                                 // Interface types are the only types where cycles can occur
491                                 // that are not "terminated" via named types; and such cycles
492                                 // can only be created via method parameter types that are
493                                 // anonymous interfaces (directly or indirectly) embedding
494                                 // the current interface. Example:
495                                 //
496                                 //    type T interface {
497                                 //        m() interface{T}
498                                 //    }
499                                 //
500                                 // If two such (differently named) interfaces are compared,
501                                 // endless recursion occurs if the cycle is not detected.
502                                 //
503                                 // If x and y were compared before, they must be equal
504                                 // (if they were not, the recursion would have stopped);
505                                 // search the ifacePair stack for the same pair.
506                                 //
507                                 // This is a quadratic algorithm, but in practice these stacks
508                                 // are extremely short (bounded by the nesting depth of interface
509                                 // type declarations that recur via parameter types, an extremely
510                                 // rare occurrence). An alternative implementation might use a
511                                 // "visited" map, but that is probably less efficient overall.
512                                 q := &ifacePair{x, y, p}
513                                 for p != nil {
514                                         if p.identical(q) {
515                                                 return true // same pair was compared before
516                                         }
517                                         p = p.prev
518                                 }
519                                 if debug {
520                                         assertSortedMethods(a)
521                                         assertSortedMethods(b)
522                                 }
523                                 for i, f := range a {
524                                         g := b[i]
525                                         if f.Id() != g.Id() || !u.nify(f.typ, g.typ, q) {
526                                                 return false
527                                         }
528                                 }
529                                 return true
530                         }
531                 }
532
533         case *Map:
534                 // Two map types are identical if they have identical key and value types.
535                 if y, ok := y.(*Map); ok {
536                         return u.nify(x.key, y.key, p) && u.nify(x.elem, y.elem, p)
537                 }
538
539         case *Chan:
540                 // Two channel types are identical if they have identical value types.
541                 if y, ok := y.(*Chan); ok {
542                         return (!u.exact || x.dir == y.dir) && u.nify(x.elem, y.elem, p)
543                 }
544
545         case *Named:
546                 // TODO(gri) This code differs now from the parallel code in Checker.identical. Investigate.
547                 if y, ok := y.(*Named); ok {
548                         xargs := x.targs.list()
549                         yargs := y.targs.list()
550
551                         if len(xargs) != len(yargs) {
552                                 return false
553                         }
554
555                         // TODO(gri) This is not always correct: two types may have the same names
556                         //           in the same package if one of them is nested in a function.
557                         //           Extremely unlikely but we need an always correct solution.
558                         if x.obj.pkg == y.obj.pkg && x.obj.name == y.obj.name {
559                                 for i, x := range xargs {
560                                         if !u.nify(x, yargs[i], p) {
561                                                 return false
562                                         }
563                                 }
564                                 return true
565                         }
566                 }
567
568         case *TypeParam:
569                 // Two type parameters (which are not part of the type parameters of the
570                 // enclosing type as those are handled in the beginning of this function)
571                 // are identical if they originate in the same declaration.
572                 return x == y
573
574         case nil:
575                 // avoid a crash in case of nil type
576
577         default:
578                 panic(sprintf(nil, true, "u.nify(%s, %s), u.x.tparams = %s", x, y, u.x.tparams))
579         }
580
581         return false
582 }