]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/cmd/compile/internal/types2/unify.go
[dev.typeparams] all: merge master (912f075) into dev.typeparams
[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 )
13
14 // The unifier maintains two separate sets of type parameters x and y
15 // which are used to resolve type parameters in the x and y arguments
16 // provided to the unify call. For unidirectional unification, only
17 // one of these sets (say x) is provided, and then type parameters are
18 // only resolved for the x argument passed to unify, not the y argument
19 // (even if that also contains possibly the same type parameters). This
20 // is crucial to infer the type parameters of self-recursive calls:
21 //
22 //      func f[P any](a P) { f(a) }
23 //
24 // For the call f(a) we want to infer that the type argument for P is P.
25 // During unification, the parameter type P must be resolved to the type
26 // parameter P ("x" side), but the argument type P must be left alone so
27 // that unification resolves the type parameter P to P.
28 //
29 // For bidirection unification, both sets are provided. This enables
30 // unification to go from argument to parameter type and vice versa.
31 // For constraint type inference, we use bidirectional unification
32 // where both the x and y type parameters are identical. This is done
33 // by setting up one of them (using init) and then assigning its value
34 // to the other.
35
36 // A unifier maintains the current type parameters for x and y
37 // and the respective types inferred for each type parameter.
38 // A unifier is created by calling newUnifier.
39 type unifier struct {
40         exact bool
41         x, y  tparamsList // x and y must initialized via tparamsList.init
42         types []Type      // inferred types, shared by x and y
43 }
44
45 // newUnifier returns a new unifier.
46 // If exact is set, unification requires unified types to match
47 // exactly. If exact is not set, a named type's underlying type
48 // is considered if unification would fail otherwise, and the
49 // direction of channels is ignored.
50 func newUnifier(exact bool) *unifier {
51         u := &unifier{exact: exact}
52         u.x.unifier = u
53         u.y.unifier = u
54         return u
55 }
56
57 // unify attempts to unify x and y and reports whether it succeeded.
58 func (u *unifier) unify(x, y Type) bool {
59         return u.nify(x, y, nil)
60 }
61
62 // A tparamsList describes a list of type parameters and the types inferred for them.
63 type tparamsList struct {
64         unifier *unifier
65         tparams []*TypeName
66         // For each tparams element, there is a corresponding type slot index in indices.
67         // index  < 0: unifier.types[-index-1] == nil
68         // index == 0: no type slot allocated yet
69         // index  > 0: unifier.types[index-1] == typ
70         // Joined tparams elements share the same type slot and thus have the same index.
71         // By using a negative index for nil types we don't need to check unifier.types
72         // to see if we have a type or not.
73         indices []int // len(d.indices) == len(d.tparams)
74 }
75
76 // String returns a string representation for a tparamsList. For debugging.
77 func (d *tparamsList) String() string {
78         var buf bytes.Buffer
79         buf.WriteByte('[')
80         for i, tname := range d.tparams {
81                 if i > 0 {
82                         buf.WriteString(", ")
83                 }
84                 writeType(&buf, tname.typ, nil, nil)
85                 buf.WriteString(": ")
86                 writeType(&buf, d.at(i), nil, nil)
87         }
88         buf.WriteByte(']')
89         return buf.String()
90 }
91
92 // init initializes d with the given type parameters.
93 // The type parameters must be in the order in which they appear in their declaration
94 // (this ensures that the tparams indices match the respective type parameter index).
95 func (d *tparamsList) init(tparams []*TypeName) {
96         if len(tparams) == 0 {
97                 return
98         }
99         if debug {
100                 for i, tpar := range tparams {
101                         assert(i == tpar.typ.(*TypeParam).index)
102                 }
103         }
104         d.tparams = tparams
105         d.indices = make([]int, len(tparams))
106 }
107
108 // join unifies the i'th type parameter of x with the j'th type parameter of y.
109 // If both type parameters already have a type associated with them and they are
110 // not joined, join fails and return false.
111 func (u *unifier) join(i, j int) bool {
112         ti := u.x.indices[i]
113         tj := u.y.indices[j]
114         switch {
115         case ti == 0 && tj == 0:
116                 // Neither type parameter has a type slot associated with them.
117                 // Allocate a new joined nil type slot (negative index).
118                 u.types = append(u.types, nil)
119                 u.x.indices[i] = -len(u.types)
120                 u.y.indices[j] = -len(u.types)
121         case ti == 0:
122                 // The type parameter for x has no type slot yet. Use slot of y.
123                 u.x.indices[i] = tj
124         case tj == 0:
125                 // The type parameter for y has no type slot yet. Use slot of x.
126                 u.y.indices[j] = ti
127
128         // Both type parameters have a slot: ti != 0 && tj != 0.
129         case ti == tj:
130                 // Both type parameters already share the same slot. Nothing to do.
131                 break
132         case ti > 0 && tj > 0:
133                 // Both type parameters have (possibly different) inferred types. Cannot join.
134                 return false
135         case ti > 0:
136                 // Only the type parameter for x has an inferred type. Use x slot for y.
137                 u.y.setIndex(j, ti)
138         // This case is handled like the default case.
139         // case tj > 0:
140         //      // Only the type parameter for y has an inferred type. Use y slot for x.
141         //      u.x.setIndex(i, tj)
142         default:
143                 // Neither type parameter has an inferred type. Use y slot for x
144                 // (or x slot for y, it doesn't matter).
145                 u.x.setIndex(i, tj)
146         }
147         return true
148 }
149
150 // If typ is a type parameter of d, index returns the type parameter index.
151 // Otherwise, the result is < 0.
152 func (d *tparamsList) index(typ Type) int {
153         if t, ok := typ.(*TypeParam); ok {
154                 if i := t.index; i < len(d.tparams) && d.tparams[i].typ == t {
155                         return i
156                 }
157         }
158         return -1
159 }
160
161 // setIndex sets the type slot index for the i'th type parameter
162 // (and all its joined parameters) to tj. The type parameter
163 // must have a (possibly nil) type slot associated with it.
164 func (d *tparamsList) setIndex(i, tj int) {
165         ti := d.indices[i]
166         assert(ti != 0 && tj != 0)
167         for k, tk := range d.indices {
168                 if tk == ti {
169                         d.indices[k] = tj
170                 }
171         }
172 }
173
174 // at returns the type set for the i'th type parameter; or nil.
175 func (d *tparamsList) at(i int) Type {
176         if ti := d.indices[i]; ti > 0 {
177                 return d.unifier.types[ti-1]
178         }
179         return nil
180 }
181
182 // set sets the type typ for the i'th type parameter;
183 // typ must not be nil and it must not have been set before.
184 func (d *tparamsList) set(i int, typ Type) {
185         assert(typ != nil)
186         u := d.unifier
187         switch ti := d.indices[i]; {
188         case ti < 0:
189                 u.types[-ti-1] = typ
190                 d.setIndex(i, -ti)
191         case ti == 0:
192                 u.types = append(u.types, typ)
193                 d.indices[i] = len(u.types)
194         default:
195                 panic("type already set")
196         }
197 }
198
199 // types returns the list of inferred types (via unification) for the type parameters
200 // described by d, and an index. If all types were inferred, the returned index is < 0.
201 // Otherwise, it is the index of the first type parameter which couldn't be inferred;
202 // i.e., for which list[index] is nil.
203 func (d *tparamsList) types() (list []Type, index int) {
204         list = make([]Type, len(d.tparams))
205         index = -1
206         for i := range d.tparams {
207                 t := d.at(i)
208                 list[i] = t
209                 if index < 0 && t == nil {
210                         index = i
211                 }
212         }
213         return
214 }
215
216 func (u *unifier) nifyEq(x, y Type, p *ifacePair) bool {
217         return x == y || u.nify(x, y, p)
218 }
219
220 // nify implements the core unification algorithm which is an
221 // adapted version of Checker.identical0. For changes to that
222 // code the corresponding changes should be made here.
223 // Must not be called directly from outside the unifier.
224 func (u *unifier) nify(x, y Type, p *ifacePair) bool {
225         // types must be expanded for comparison
226         x = expand(x)
227         y = expand(y)
228
229         if !u.exact {
230                 // If exact unification is known to fail because we attempt to
231                 // match a type name against an unnamed type literal, consider
232                 // the underlying type of the named type.
233                 // (Subtle: We use isNamed to include any type with a name (incl.
234                 // basic types and type parameters. We use asNamed because we only
235                 // want *Named types.)
236                 switch {
237                 case !isNamed(x) && y != nil && asNamed(y) != nil:
238                         return u.nify(x, under(y), p)
239                 case x != nil && asNamed(x) != nil && !isNamed(y):
240                         return u.nify(under(x), y, p)
241                 }
242         }
243
244         // Cases where at least one of x or y is a type parameter.
245         switch i, j := u.x.index(x), u.y.index(y); {
246         case i >= 0 && j >= 0:
247                 // both x and y are type parameters
248                 if u.join(i, j) {
249                         return true
250                 }
251                 // both x and y have an inferred type - they must match
252                 return u.nifyEq(u.x.at(i), u.y.at(j), p)
253
254         case i >= 0:
255                 // x is a type parameter, y is not
256                 if tx := u.x.at(i); tx != nil {
257                         return u.nifyEq(tx, y, p)
258                 }
259                 // otherwise, infer type from y
260                 u.x.set(i, y)
261                 return true
262
263         case j >= 0:
264                 // y is a type parameter, x is not
265                 if ty := u.y.at(j); ty != nil {
266                         return u.nifyEq(x, ty, p)
267                 }
268                 // otherwise, infer type from x
269                 u.y.set(j, x)
270                 return true
271         }
272
273         // For type unification, do not shortcut (x == y) for identical
274         // types. Instead keep comparing them element-wise to unify the
275         // matching (and equal type parameter types). A simple test case
276         // where this matters is: func f[P any](a P) { f(a) } .
277
278         switch x := x.(type) {
279         case *Basic:
280                 // Basic types are singletons except for the rune and byte
281                 // aliases, thus we cannot solely rely on the x == y check
282                 // above. See also comment in TypeName.IsAlias.
283                 if y, ok := y.(*Basic); ok {
284                         return x.kind == y.kind
285                 }
286
287         case *Array:
288                 // Two array types are identical if they have identical element types
289                 // and the same array length.
290                 if y, ok := y.(*Array); ok {
291                         // If one or both array lengths are unknown (< 0) due to some error,
292                         // assume they are the same to avoid spurious follow-on errors.
293                         return (x.len < 0 || y.len < 0 || x.len == y.len) && u.nify(x.elem, y.elem, p)
294                 }
295
296         case *Slice:
297                 // Two slice types are identical if they have identical element types.
298                 if y, ok := y.(*Slice); ok {
299                         return u.nify(x.elem, y.elem, p)
300                 }
301
302         case *Struct:
303                 // Two struct types are identical if they have the same sequence of fields,
304                 // and if corresponding fields have the same names, and identical types,
305                 // and identical tags. Two embedded fields are considered to have the same
306                 // name. Lower-case field names from different packages are always different.
307                 if y, ok := y.(*Struct); ok {
308                         if x.NumFields() == y.NumFields() {
309                                 for i, f := range x.fields {
310                                         g := y.fields[i]
311                                         if f.embedded != g.embedded ||
312                                                 x.Tag(i) != y.Tag(i) ||
313                                                 !f.sameId(g.pkg, g.name) ||
314                                                 !u.nify(f.typ, g.typ, p) {
315                                                 return false
316                                         }
317                                 }
318                                 return true
319                         }
320                 }
321
322         case *Pointer:
323                 // Two pointer types are identical if they have identical base types.
324                 if y, ok := y.(*Pointer); ok {
325                         return u.nify(x.base, y.base, p)
326                 }
327
328         case *Tuple:
329                 // Two tuples types are identical if they have the same number of elements
330                 // and corresponding elements have identical types.
331                 if y, ok := y.(*Tuple); ok {
332                         if x.Len() == y.Len() {
333                                 if x != nil {
334                                         for i, v := range x.vars {
335                                                 w := y.vars[i]
336                                                 if !u.nify(v.typ, w.typ, p) {
337                                                         return false
338                                                 }
339                                         }
340                                 }
341                                 return true
342                         }
343                 }
344
345         case *Signature:
346                 // Two function types are identical if they have the same number of parameters
347                 // and result values, corresponding parameter and result types are identical,
348                 // and either both functions are variadic or neither is. Parameter and result
349                 // names are not required to match.
350                 // TODO(gri) handle type parameters or document why we can ignore them.
351                 if y, ok := y.(*Signature); ok {
352                         return x.variadic == y.variadic &&
353                                 u.nify(x.params, y.params, p) &&
354                                 u.nify(x.results, y.results, p)
355                 }
356
357         case *Union:
358                 // This should not happen with the current internal use of union types.
359                 panic("type inference across union types not implemented")
360
361         case *Interface:
362                 // Two interface types are identical if they have the same set of methods with
363                 // the same names and identical function types. Lower-case method names from
364                 // different packages are always different. The order of the methods is irrelevant.
365                 if y, ok := y.(*Interface); ok {
366                         a := x.typeSet().methods
367                         b := y.typeSet().methods
368                         if len(a) == len(b) {
369                                 // Interface types are the only types where cycles can occur
370                                 // that are not "terminated" via named types; and such cycles
371                                 // can only be created via method parameter types that are
372                                 // anonymous interfaces (directly or indirectly) embedding
373                                 // the current interface. Example:
374                                 //
375                                 //    type T interface {
376                                 //        m() interface{T}
377                                 //    }
378                                 //
379                                 // If two such (differently named) interfaces are compared,
380                                 // endless recursion occurs if the cycle is not detected.
381                                 //
382                                 // If x and y were compared before, they must be equal
383                                 // (if they were not, the recursion would have stopped);
384                                 // search the ifacePair stack for the same pair.
385                                 //
386                                 // This is a quadratic algorithm, but in practice these stacks
387                                 // are extremely short (bounded by the nesting depth of interface
388                                 // type declarations that recur via parameter types, an extremely
389                                 // rare occurrence). An alternative implementation might use a
390                                 // "visited" map, but that is probably less efficient overall.
391                                 q := &ifacePair{x, y, p}
392                                 for p != nil {
393                                         if p.identical(q) {
394                                                 return true // same pair was compared before
395                                         }
396                                         p = p.prev
397                                 }
398                                 if debug {
399                                         assertSortedMethods(a)
400                                         assertSortedMethods(b)
401                                 }
402                                 for i, f := range a {
403                                         g := b[i]
404                                         if f.Id() != g.Id() || !u.nify(f.typ, g.typ, q) {
405                                                 return false
406                                         }
407                                 }
408                                 return true
409                         }
410                 }
411
412         case *Map:
413                 // Two map types are identical if they have identical key and value types.
414                 if y, ok := y.(*Map); ok {
415                         return u.nify(x.key, y.key, p) && u.nify(x.elem, y.elem, p)
416                 }
417
418         case *Chan:
419                 // Two channel types are identical if they have identical value types.
420                 if y, ok := y.(*Chan); ok {
421                         return (!u.exact || x.dir == y.dir) && u.nify(x.elem, y.elem, p)
422                 }
423
424         case *Named:
425                 // Two named types are identical if their type names originate
426                 // in the same type declaration.
427                 // if y, ok := y.(*Named); ok {
428                 //      return x.obj == y.obj
429                 // }
430                 if y, ok := y.(*Named); ok {
431                         // TODO(gri) This is not always correct: two types may have the same names
432                         //           in the same package if one of them is nested in a function.
433                         //           Extremely unlikely but we need an always correct solution.
434                         if x.obj.pkg == y.obj.pkg && x.obj.name == y.obj.name {
435                                 assert(len(x.targs) == len(y.targs))
436                                 for i, x := range x.targs {
437                                         if !u.nify(x, y.targs[i], p) {
438                                                 return false
439                                         }
440                                 }
441                                 return true
442                         }
443                 }
444
445         case *TypeParam:
446                 // Two type parameters (which are not part of the type parameters of the
447                 // enclosing type as those are handled in the beginning of this function)
448                 // are identical if they originate in the same declaration.
449                 return x == y
450
451         // case *instance:
452         //      unreachable since types are expanded
453
454         case nil:
455                 // avoid a crash in case of nil type
456
457         default:
458                 panic(fmt.Sprintf("### u.nify(%s, %s), u.x.tparams = %s", x, y, u.x.tparams))
459         }
460
461         return false
462 }