]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/cmd/compile/internal/types2/named.go
go/types, types2: implement Alias proposal (export API)
[gostls13.git] / src / cmd / compile / internal / types2 / named.go
1 // Copyright 2011 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 package types2
6
7 import (
8         "cmd/compile/internal/syntax"
9         "sync"
10         "sync/atomic"
11 )
12
13 // Type-checking Named types is subtle, because they may be recursively
14 // defined, and because their full details may be spread across multiple
15 // declarations (via methods). For this reason they are type-checked lazily,
16 // to avoid information being accessed before it is complete.
17 //
18 // Conceptually, it is helpful to think of named types as having two distinct
19 // sets of information:
20 //  - "LHS" information, defining their identity: Obj() and TypeArgs()
21 //  - "RHS" information, defining their details: TypeParams(), Underlying(),
22 //    and methods.
23 //
24 // In this taxonomy, LHS information is available immediately, but RHS
25 // information is lazy. Specifically, a named type N may be constructed in any
26 // of the following ways:
27 //  1. type-checked from the source
28 //  2. loaded eagerly from export data
29 //  3. loaded lazily from export data (when using unified IR)
30 //  4. instantiated from a generic type
31 //
32 // In cases 1, 3, and 4, it is possible that the underlying type or methods of
33 // N may not be immediately available.
34 //  - During type-checking, we allocate N before type-checking its underlying
35 //    type or methods, so that we may resolve recursive references.
36 //  - When loading from export data, we may load its methods and underlying
37 //    type lazily using a provided load function.
38 //  - After instantiating, we lazily expand the underlying type and methods
39 //    (note that instances may be created while still in the process of
40 //    type-checking the original type declaration).
41 //
42 // In cases 3 and 4 this lazy construction may also occur concurrently, due to
43 // concurrent use of the type checker API (after type checking or importing has
44 // finished). It is critical that we keep track of state, so that Named types
45 // are constructed exactly once and so that we do not access their details too
46 // soon.
47 //
48 // We achieve this by tracking state with an atomic state variable, and
49 // guarding potentially concurrent calculations with a mutex. At any point in
50 // time this state variable determines which data on N may be accessed. As
51 // state monotonically progresses, any data available at state M may be
52 // accessed without acquiring the mutex at state N, provided N >= M.
53 //
54 // GLOSSARY: Here are a few terms used in this file to describe Named types:
55 //  - We say that a Named type is "instantiated" if it has been constructed by
56 //    instantiating a generic named type with type arguments.
57 //  - We say that a Named type is "declared" if it corresponds to a type
58 //    declaration in the source. Instantiated named types correspond to a type
59 //    instantiation in the source, not a declaration. But their Origin type is
60 //    a declared type.
61 //  - We say that a Named type is "resolved" if its RHS information has been
62 //    loaded or fully type-checked. For Named types constructed from export
63 //    data, this may involve invoking a loader function to extract information
64 //    from export data. For instantiated named types this involves reading
65 //    information from their origin.
66 //  - We say that a Named type is "expanded" if it is an instantiated type and
67 //    type parameters in its underlying type and methods have been substituted
68 //    with the type arguments from the instantiation. A type may be partially
69 //    expanded if some but not all of these details have been substituted.
70 //    Similarly, we refer to these individual details (underlying type or
71 //    method) as being "expanded".
72 //  - When all information is known for a named type, we say it is "complete".
73 //
74 // Some invariants to keep in mind: each declared Named type has a single
75 // corresponding object, and that object's type is the (possibly generic) Named
76 // type. Declared Named types are identical if and only if their pointers are
77 // identical. On the other hand, multiple instantiated Named types may be
78 // identical even though their pointers are not identical. One has to use
79 // Identical to compare them. For instantiated named types, their obj is a
80 // synthetic placeholder that records their position of the corresponding
81 // instantiation in the source (if they were constructed during type checking).
82 //
83 // To prevent infinite expansion of named instances that are created outside of
84 // type-checking, instances share a Context with other instances created during
85 // their expansion. Via the pidgeonhole principle, this guarantees that in the
86 // presence of a cycle of named types, expansion will eventually find an
87 // existing instance in the Context and short-circuit the expansion.
88 //
89 // Once an instance is complete, we can nil out this shared Context to unpin
90 // memory, though this Context may still be held by other incomplete instances
91 // in its "lineage".
92
93 // A Named represents a named (defined) type.
94 type Named struct {
95         check *Checker  // non-nil during type-checking; nil otherwise
96         obj   *TypeName // corresponding declared object for declared types; see above for instantiated types
97
98         // fromRHS holds the type (on RHS of declaration) this *Named type is derived
99         // from (for cycle reporting). Only used by validType, and therefore does not
100         // require synchronization.
101         fromRHS Type
102
103         // information for instantiated types; nil otherwise
104         inst *instance
105
106         mu         sync.Mutex     // guards all fields below
107         state_     uint32         // the current state of this type; must only be accessed atomically
108         underlying Type           // possibly a *Named during setup; never a *Named once set up completely
109         tparams    *TypeParamList // type parameters, or nil
110
111         // methods declared for this type (not the method set of this type)
112         // Signatures are type-checked lazily.
113         // For non-instantiated types, this is a fully populated list of methods. For
114         // instantiated types, methods are individually expanded when they are first
115         // accessed.
116         methods []*Func
117
118         // loader may be provided to lazily load type parameters, underlying type, and methods.
119         loader func(*Named) (tparams []*TypeParam, underlying Type, methods []*Func)
120 }
121
122 // instance holds information that is only necessary for instantiated named
123 // types.
124 type instance struct {
125         orig            *Named    // original, uninstantiated type
126         targs           *TypeList // type arguments
127         expandedMethods int       // number of expanded methods; expandedMethods <= len(orig.methods)
128         ctxt            *Context  // local Context; set to nil after full expansion
129 }
130
131 // namedState represents the possible states that a named type may assume.
132 type namedState uint32
133
134 const (
135         unresolved namedState = iota // tparams, underlying type and methods might be unavailable
136         resolved                     // resolve has run; methods might be incomplete (for instances)
137         complete                     // all data is known
138 )
139
140 // NewNamed returns a new named type for the given type name, underlying type, and associated methods.
141 // If the given type name obj doesn't have a type yet, its type is set to the returned named type.
142 // The underlying type must not be a *Named.
143 func NewNamed(obj *TypeName, underlying Type, methods []*Func) *Named {
144         if asNamed(underlying) != nil {
145                 panic("underlying type must not be *Named")
146         }
147         return (*Checker)(nil).newNamed(obj, underlying, methods)
148 }
149
150 // resolve resolves the type parameters, methods, and underlying type of n.
151 // This information may be loaded from a provided loader function, or computed
152 // from an origin type (in the case of instances).
153 //
154 // After resolution, the type parameters, methods, and underlying type of n are
155 // accessible; but if n is an instantiated type, its methods may still be
156 // unexpanded.
157 func (n *Named) resolve() *Named {
158         if n.state() >= resolved { // avoid locking below
159                 return n
160         }
161
162         // TODO(rfindley): if n.check is non-nil we can avoid locking here, since
163         // type-checking is not concurrent. Evaluate if this is worth doing.
164         n.mu.Lock()
165         defer n.mu.Unlock()
166
167         if n.state() >= resolved {
168                 return n
169         }
170
171         if n.inst != nil {
172                 assert(n.underlying == nil) // n is an unresolved instance
173                 assert(n.loader == nil)     // instances are created by instantiation, in which case n.loader is nil
174
175                 orig := n.inst.orig
176                 orig.resolve()
177                 underlying := n.expandUnderlying()
178
179                 n.tparams = orig.tparams
180                 n.underlying = underlying
181                 n.fromRHS = orig.fromRHS // for cycle detection
182
183                 if len(orig.methods) == 0 {
184                         n.setState(complete) // nothing further to do
185                         n.inst.ctxt = nil
186                 } else {
187                         n.setState(resolved)
188                 }
189                 return n
190         }
191
192         // TODO(mdempsky): Since we're passing n to the loader anyway
193         // (necessary because types2 expects the receiver type for methods
194         // on defined interface types to be the Named rather than the
195         // underlying Interface), maybe it should just handle calling
196         // SetTypeParams, SetUnderlying, and AddMethod instead?  Those
197         // methods would need to support reentrant calls though. It would
198         // also make the API more future-proof towards further extensions.
199         if n.loader != nil {
200                 assert(n.underlying == nil)
201                 assert(n.TypeArgs().Len() == 0) // instances are created by instantiation, in which case n.loader is nil
202
203                 tparams, underlying, methods := n.loader(n)
204
205                 n.tparams = bindTParams(tparams)
206                 n.underlying = underlying
207                 n.fromRHS = underlying // for cycle detection
208                 n.methods = methods
209                 n.loader = nil
210         }
211
212         n.setState(complete)
213         return n
214 }
215
216 // state atomically accesses the current state of the receiver.
217 func (n *Named) state() namedState {
218         return namedState(atomic.LoadUint32(&n.state_))
219 }
220
221 // setState atomically stores the given state for n.
222 // Must only be called while holding n.mu.
223 func (n *Named) setState(state namedState) {
224         atomic.StoreUint32(&n.state_, uint32(state))
225 }
226
227 // newNamed is like NewNamed but with a *Checker receiver.
228 func (check *Checker) newNamed(obj *TypeName, underlying Type, methods []*Func) *Named {
229         typ := &Named{check: check, obj: obj, fromRHS: underlying, underlying: underlying, methods: methods}
230         if obj.typ == nil {
231                 obj.typ = typ
232         }
233         // Ensure that typ is always sanity-checked.
234         if check != nil {
235                 check.needsCleanup(typ)
236         }
237         return typ
238 }
239
240 // newNamedInstance creates a new named instance for the given origin and type
241 // arguments, recording pos as the position of its synthetic object (for error
242 // reporting).
243 //
244 // If set, expanding is the named type instance currently being expanded, that
245 // led to the creation of this instance.
246 func (check *Checker) newNamedInstance(pos syntax.Pos, orig *Named, targs []Type, expanding *Named) *Named {
247         assert(len(targs) > 0)
248
249         obj := NewTypeName(pos, orig.obj.pkg, orig.obj.name, nil)
250         inst := &instance{orig: orig, targs: newTypeList(targs)}
251
252         // Only pass the expanding context to the new instance if their packages
253         // match. Since type reference cycles are only possible within a single
254         // package, this is sufficient for the purposes of short-circuiting cycles.
255         // Avoiding passing the context in other cases prevents unnecessary coupling
256         // of types across packages.
257         if expanding != nil && expanding.Obj().pkg == obj.pkg {
258                 inst.ctxt = expanding.inst.ctxt
259         }
260         typ := &Named{check: check, obj: obj, inst: inst}
261         obj.typ = typ
262         // Ensure that typ is always sanity-checked.
263         if check != nil {
264                 check.needsCleanup(typ)
265         }
266         return typ
267 }
268
269 func (t *Named) cleanup() {
270         assert(t.inst == nil || t.inst.orig.inst == nil)
271         // Ensure that every defined type created in the course of type-checking has
272         // either non-*Named underlying type, or is unexpanded.
273         //
274         // This guarantees that we don't leak any types whose underlying type is
275         // *Named, because any unexpanded instances will lazily compute their
276         // underlying type by substituting in the underlying type of their origin.
277         // The origin must have either been imported or type-checked and expanded
278         // here, and in either case its underlying type will be fully expanded.
279         switch t.underlying.(type) {
280         case nil:
281                 if t.TypeArgs().Len() == 0 {
282                         panic("nil underlying")
283                 }
284         case *Named:
285                 t.under() // t.under may add entries to check.cleaners
286         }
287         t.check = nil
288 }
289
290 // Obj returns the type name for the declaration defining the named type t. For
291 // instantiated types, this is same as the type name of the origin type.
292 func (t *Named) Obj() *TypeName {
293         if t.inst == nil {
294                 return t.obj
295         }
296         return t.inst.orig.obj
297 }
298
299 // Origin returns the generic type from which the named type t is
300 // instantiated. If t is not an instantiated type, the result is t.
301 func (t *Named) Origin() *Named {
302         if t.inst == nil {
303                 return t
304         }
305         return t.inst.orig
306 }
307
308 // TypeParams returns the type parameters of the named type t, or nil.
309 // The result is non-nil for an (originally) generic type even if it is instantiated.
310 func (t *Named) TypeParams() *TypeParamList { return t.resolve().tparams }
311
312 // SetTypeParams sets the type parameters of the named type t.
313 // t must not have type arguments.
314 func (t *Named) SetTypeParams(tparams []*TypeParam) {
315         assert(t.inst == nil)
316         t.resolve().tparams = bindTParams(tparams)
317 }
318
319 // TypeArgs returns the type arguments used to instantiate the named type t.
320 func (t *Named) TypeArgs() *TypeList {
321         if t.inst == nil {
322                 return nil
323         }
324         return t.inst.targs
325 }
326
327 // NumMethods returns the number of explicit methods defined for t.
328 func (t *Named) NumMethods() int {
329         return len(t.Origin().resolve().methods)
330 }
331
332 // Method returns the i'th method of named type t for 0 <= i < t.NumMethods().
333 //
334 // For an ordinary or instantiated type t, the receiver base type of this
335 // method is the named type t. For an uninstantiated generic type t, each
336 // method receiver is instantiated with its receiver type parameters.
337 func (t *Named) Method(i int) *Func {
338         t.resolve()
339
340         if t.state() >= complete {
341                 return t.methods[i]
342         }
343
344         assert(t.inst != nil) // only instances should have incomplete methods
345         orig := t.inst.orig
346
347         t.mu.Lock()
348         defer t.mu.Unlock()
349
350         if len(t.methods) != len(orig.methods) {
351                 assert(len(t.methods) == 0)
352                 t.methods = make([]*Func, len(orig.methods))
353         }
354
355         if t.methods[i] == nil {
356                 assert(t.inst.ctxt != nil) // we should still have a context remaining from the resolution phase
357                 t.methods[i] = t.expandMethod(i)
358                 t.inst.expandedMethods++
359
360                 // Check if we've created all methods at this point. If we have, mark the
361                 // type as fully expanded.
362                 if t.inst.expandedMethods == len(orig.methods) {
363                         t.setState(complete)
364                         t.inst.ctxt = nil // no need for a context anymore
365                 }
366         }
367
368         return t.methods[i]
369 }
370
371 // expandMethod substitutes type arguments in the i'th method for an
372 // instantiated receiver.
373 func (t *Named) expandMethod(i int) *Func {
374         // t.orig.methods is not lazy. origm is the method instantiated with its
375         // receiver type parameters (the "origin" method).
376         origm := t.inst.orig.Method(i)
377         assert(origm != nil)
378
379         check := t.check
380         // Ensure that the original method is type-checked.
381         if check != nil {
382                 check.objDecl(origm, nil)
383         }
384
385         origSig := origm.typ.(*Signature)
386         rbase, _ := deref(origSig.Recv().Type())
387
388         // If rbase is t, then origm is already the instantiated method we're looking
389         // for. In this case, we return origm to preserve the invariant that
390         // traversing Method->Receiver Type->Method should get back to the same
391         // method.
392         //
393         // This occurs if t is instantiated with the receiver type parameters, as in
394         // the use of m in func (r T[_]) m() { r.m() }.
395         if rbase == t {
396                 return origm
397         }
398
399         sig := origSig
400         // We can only substitute if we have a correspondence between type arguments
401         // and type parameters. This check is necessary in the presence of invalid
402         // code.
403         if origSig.RecvTypeParams().Len() == t.inst.targs.Len() {
404                 smap := makeSubstMap(origSig.RecvTypeParams().list(), t.inst.targs.list())
405                 var ctxt *Context
406                 if check != nil {
407                         ctxt = check.context()
408                 }
409                 sig = check.subst(origm.pos, origSig, smap, t, ctxt).(*Signature)
410         }
411
412         if sig == origSig {
413                 // No substitution occurred, but we still need to create a new signature to
414                 // hold the instantiated receiver.
415                 copy := *origSig
416                 sig = &copy
417         }
418
419         var rtyp Type
420         if origm.hasPtrRecv() {
421                 rtyp = NewPointer(t)
422         } else {
423                 rtyp = t
424         }
425
426         sig.recv = substVar(origSig.recv, rtyp)
427         return substFunc(origm, sig)
428 }
429
430 // SetUnderlying sets the underlying type and marks t as complete.
431 // t must not have type arguments.
432 func (t *Named) SetUnderlying(underlying Type) {
433         assert(t.inst == nil)
434         if underlying == nil {
435                 panic("underlying type must not be nil")
436         }
437         if asNamed(underlying) != nil {
438                 panic("underlying type must not be *Named")
439         }
440         t.resolve().underlying = underlying
441         if t.fromRHS == nil {
442                 t.fromRHS = underlying // for cycle detection
443         }
444 }
445
446 // AddMethod adds method m unless it is already in the method list.
447 // t must not have type arguments.
448 func (t *Named) AddMethod(m *Func) {
449         assert(t.inst == nil)
450         t.resolve()
451         if i, _ := lookupMethod(t.methods, m.pkg, m.name, false); i < 0 {
452                 t.methods = append(t.methods, m)
453         }
454 }
455
456 // TODO(gri) Investigate if Unalias can be moved to where underlying is set.
457 func (t *Named) Underlying() Type { return Unalias(t.resolve().underlying) }
458 func (t *Named) String() string   { return TypeString(t, nil) }
459
460 // ----------------------------------------------------------------------------
461 // Implementation
462 //
463 // TODO(rfindley): reorganize the loading and expansion methods under this
464 // heading.
465
466 // under returns the expanded underlying type of n0; possibly by following
467 // forward chains of named types. If an underlying type is found, resolve
468 // the chain by setting the underlying type for each defined type in the
469 // chain before returning it. If no underlying type is found or a cycle
470 // is detected, the result is Typ[Invalid]. If a cycle is detected and
471 // n0.check != nil, the cycle is reported.
472 //
473 // This is necessary because the underlying type of named may be itself a
474 // named type that is incomplete:
475 //
476 //      type (
477 //              A B
478 //              B *C
479 //              C A
480 //      )
481 //
482 // The type of C is the (named) type of A which is incomplete,
483 // and which has as its underlying type the named type B.
484 func (n0 *Named) under() Type {
485         u := n0.Underlying()
486
487         // If the underlying type of a defined type is not a defined
488         // (incl. instance) type, then that is the desired underlying
489         // type.
490         var n1 *Named
491         switch u1 := u.(type) {
492         case nil:
493                 // After expansion via Underlying(), we should never encounter a nil
494                 // underlying.
495                 panic("nil underlying")
496         default:
497                 // common case
498                 return u
499         case *Named:
500                 // handled below
501                 n1 = u1
502         }
503
504         if n0.check == nil {
505                 panic("Named.check == nil but type is incomplete")
506         }
507
508         // Invariant: after this point n0 as well as any named types in its
509         // underlying chain should be set up when this function exits.
510         check := n0.check
511         n := n0
512
513         seen := make(map[*Named]int) // types that need their underlying type resolved
514         var path []Object            // objects encountered, for cycle reporting
515
516 loop:
517         for {
518                 seen[n] = len(seen)
519                 path = append(path, n.obj)
520                 n = n1
521                 if i, ok := seen[n]; ok {
522                         // cycle
523                         check.cycleError(path[i:])
524                         u = Typ[Invalid]
525                         break
526                 }
527                 u = n.Underlying()
528                 switch u1 := u.(type) {
529                 case nil:
530                         u = Typ[Invalid]
531                         break loop
532                 default:
533                         break loop
534                 case *Named:
535                         // Continue collecting *Named types in the chain.
536                         n1 = u1
537                 }
538         }
539
540         for n := range seen {
541                 // We should never have to update the underlying type of an imported type;
542                 // those underlying types should have been resolved during the import.
543                 // Also, doing so would lead to a race condition (was go.dev/issue/31749).
544                 // Do this check always, not just in debug mode (it's cheap).
545                 if n.obj.pkg != check.pkg {
546                         panic("imported type with unresolved underlying type")
547                 }
548                 n.underlying = u
549         }
550
551         return u
552 }
553
554 func (n *Named) lookupMethod(pkg *Package, name string, foldCase bool) (int, *Func) {
555         n.resolve()
556         // If n is an instance, we may not have yet instantiated all of its methods.
557         // Look up the method index in orig, and only instantiate method at the
558         // matching index (if any).
559         i, _ := lookupMethod(n.Origin().methods, pkg, name, foldCase)
560         if i < 0 {
561                 return -1, nil
562         }
563         // For instances, m.Method(i) will be different from the orig method.
564         return i, n.Method(i)
565 }
566
567 // context returns the type-checker context.
568 func (check *Checker) context() *Context {
569         if check.ctxt == nil {
570                 check.ctxt = NewContext()
571         }
572         return check.ctxt
573 }
574
575 // expandUnderlying substitutes type arguments in the underlying type n.orig,
576 // returning the result. Returns Typ[Invalid] if there was an error.
577 func (n *Named) expandUnderlying() Type {
578         check := n.check
579         if check != nil && check.conf.Trace {
580                 check.trace(n.obj.pos, "-- Named.expandUnderlying %s", n)
581                 check.indent++
582                 defer func() {
583                         check.indent--
584                         check.trace(n.obj.pos, "=> %s (tparams = %s, under = %s)", n, n.tparams.list(), n.underlying)
585                 }()
586         }
587
588         assert(n.inst.orig.underlying != nil)
589         if n.inst.ctxt == nil {
590                 n.inst.ctxt = NewContext()
591         }
592
593         orig := n.inst.orig
594         targs := n.inst.targs
595
596         if asNamed(orig.underlying) != nil {
597                 // We should only get a Named underlying type here during type checking
598                 // (for example, in recursive type declarations).
599                 assert(check != nil)
600         }
601
602         if orig.tparams.Len() != targs.Len() {
603                 // Mismatching arg and tparam length may be checked elsewhere.
604                 return Typ[Invalid]
605         }
606
607         // Ensure that an instance is recorded before substituting, so that we
608         // resolve n for any recursive references.
609         h := n.inst.ctxt.instanceHash(orig, targs.list())
610         n2 := n.inst.ctxt.update(h, orig, n.TypeArgs().list(), n)
611         assert(n == n2)
612
613         smap := makeSubstMap(orig.tparams.list(), targs.list())
614         var ctxt *Context
615         if check != nil {
616                 ctxt = check.context()
617         }
618         underlying := n.check.subst(n.obj.pos, orig.underlying, smap, n, ctxt)
619         // If the underlying type of n is an interface, we need to set the receiver of
620         // its methods accurately -- we set the receiver of interface methods on
621         // the RHS of a type declaration to the defined type.
622         if iface, _ := underlying.(*Interface); iface != nil {
623                 if methods, copied := replaceRecvType(iface.methods, orig, n); copied {
624                         // If the underlying type doesn't actually use type parameters, it's
625                         // possible that it wasn't substituted. In this case we need to create
626                         // a new *Interface before modifying receivers.
627                         if iface == orig.underlying {
628                                 old := iface
629                                 iface = check.newInterface()
630                                 iface.embeddeds = old.embeddeds
631                                 assert(old.complete) // otherwise we are copying incomplete data
632                                 iface.complete = old.complete
633                                 iface.implicit = old.implicit // should be false but be conservative
634                                 underlying = iface
635                         }
636                         iface.methods = methods
637                         iface.tset = nil // recompute type set with new methods
638
639                         // If check != nil, check.newInterface will have saved the interface for later completion.
640                         if check == nil { // golang/go#61561: all newly created interfaces must be fully evaluated
641                                 iface.typeSet()
642                         }
643                 }
644         }
645
646         return underlying
647 }
648
649 // safeUnderlying returns the underlying type of typ without expanding
650 // instances, to avoid infinite recursion.
651 //
652 // TODO(rfindley): eliminate this function or give it a better name.
653 func safeUnderlying(typ Type) Type {
654         if t := asNamed(typ); t != nil {
655                 return t.underlying
656         }
657         return typ.Underlying()
658 }