]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - compiler/rustc_mir_build/src/thir/pattern/_match.rs
d3602dac9e854b70d11a236fc07d91d32325a585
[rust.git] / compiler / rustc_mir_build / src / thir / pattern / _match.rs
1 //! Note: most of the tests relevant to this file can be found (at the time of writing) in
2 //! src/tests/ui/pattern/usefulness.
3 //!
4 //! This file includes the logic for exhaustiveness and usefulness checking for
5 //! pattern-matching. Specifically, given a list of patterns for a type, we can
6 //! tell whether:
7 //! (a) the patterns cover every possible constructor for the type (exhaustiveness)
8 //! (b) each pattern is necessary (usefulness)
9 //!
10 //! The algorithm implemented here is a modified version of the one described in:
11 //! http://moscova.inria.fr/~maranget/papers/warn/index.html
12 //! However, to save future implementors from reading the original paper, we
13 //! summarise the algorithm here to hopefully save time and be a little clearer
14 //! (without being so rigorous).
15 //!
16 //! # Premise
17 //!
18 //! The core of the algorithm revolves about a "usefulness" check. In particular, we
19 //! are trying to compute a predicate `U(P, p)` where `P` is a list of patterns (we refer to this as
20 //! a matrix). `U(P, p)` represents whether, given an existing list of patterns
21 //! `P_1 ..= P_m`, adding a new pattern `p` will be "useful" (that is, cover previously-
22 //! uncovered values of the type).
23 //!
24 //! If we have this predicate, then we can easily compute both exhaustiveness of an
25 //! entire set of patterns and the individual usefulness of each one.
26 //! (a) the set of patterns is exhaustive iff `U(P, _)` is false (i.e., adding a wildcard
27 //! match doesn't increase the number of values we're matching)
28 //! (b) a pattern `P_i` is not useful if `U(P[0..=(i-1), P_i)` is false (i.e., adding a
29 //! pattern to those that have come before it doesn't increase the number of values
30 //! we're matching).
31 //!
32 //! # Core concept
33 //!
34 //! The idea that powers everything that is done in this file is the following: a value is made
35 //! from a constructor applied to some fields. Examples of constructors are `Some`, `None`, `(,)`
36 //! (the 2-tuple constructor), `Foo {..}` (the constructor for a struct `Foo`), and `2` (the
37 //! constructor for the number `2`). Fields are just a (possibly empty) list of values.
38 //!
39 //! Some of the constructors listed above might feel weird: `None` and `2` don't take any
40 //! arguments. This is part of what makes constructors so general: we will consider plain values
41 //! like numbers and string literals to be constructors that take no arguments, also called "0-ary
42 //! constructors"; they are the simplest case of constructors. This allows us to see any value as
43 //! made up from a tree of constructors, each having a given number of children. For example:
44 //! `(None, Ok(0))` is made from 4 different constructors.
45 //!
46 //! This idea can be extended to patterns: a pattern captures a set of possible values, and we can
47 //! describe this set using constructors. For example, `Err(_)` captures all values of the type
48 //! `Result<T, E>` that start with the `Err` constructor (for some choice of `T` and `E`). The
49 //! wildcard `_` captures all values of the given type starting with any of the constructors for
50 //! that type.
51 //!
52 //! We use this to compute whether different patterns might capture a same value. Do the patterns
53 //! `Ok("foo")` and `Err(_)` capture a common value? The answer is no, because the first pattern
54 //! captures only values starting with the `Ok` constructor and the second only values starting
55 //! with the `Err` constructor. Do the patterns `Some(42)` and `Some(1..10)` intersect? They might,
56 //! since they both capture values starting with `Some`. To be certain, we need to dig under the
57 //! `Some` constructor and continue asking the question. This is the main idea behind the
58 //! exhaustiveness algorithm: by looking at patterns constructor-by-constructor, we can efficiently
59 //! figure out if some new pattern might capture a value that hadn't been captured by previous
60 //! patterns.
61 //!
62 //! Constructors are represented by the `Constructor` enum, and its fields by the `Fields` enum.
63 //! Most of the complexity of this file resides in transforming between patterns and
64 //! (`Constructor`, `Fields`) pairs, handling all the special cases correctly.
65 //!
66 //! Caveat: this constructors/fields distinction doesn't quite cover every Rust value. For example
67 //! a value of type `Rc<u64>` doesn't fit this idea very well, nor do various other things.
68 //! However, this idea covers most of the cases that are relevant to exhaustiveness checking.
69 //!
70 //!
71 //! # Algorithm
72 //!
73 //! Recall that `U(P, p)` represents whether, given an existing list of patterns (aka matrix) `P`,
74 //! adding a new pattern `p` will cover previously-uncovered values of the type.
75 //! During the course of the algorithm, the rows of the matrix won't just be individual patterns,
76 //! but rather partially-deconstructed patterns in the form of a list of fields. The paper
77 //! calls those pattern-vectors, and we will call them pattern-stacks. The same holds for the
78 //! new pattern `p`.
79 //!
80 //! For example, say we have the following:
81 //!
82 //! ```
83 //! // x: (Option<bool>, Result<()>)
84 //! match x {
85 //!     (Some(true), _) => {}
86 //!     (None, Err(())) => {}
87 //!     (None, Err(_)) => {}
88 //! }
89 //! ```
90 //!
91 //! Here, the matrix `P` starts as:
92 //!
93 //! ```
94 //! [
95 //!     [(Some(true), _)],
96 //!     [(None, Err(()))],
97 //!     [(None, Err(_))],
98 //! ]
99 //! ```
100 //!
101 //! We can tell it's not exhaustive, because `U(P, _)` is true (we're not covering
102 //! `[(Some(false), _)]`, for instance). In addition, row 3 is not useful, because
103 //! all the values it covers are already covered by row 2.
104 //!
105 //! A list of patterns can be thought of as a stack, because we are mainly interested in the top of
106 //! the stack at any given point, and we can pop or apply constructors to get new pattern-stacks.
107 //! To match the paper, the top of the stack is at the beginning / on the left.
108 //!
109 //! There are two important operations on pattern-stacks necessary to understand the algorithm:
110 //!
111 //! 1. We can pop a given constructor off the top of a stack. This operation is called
112 //!    `specialize`, and is denoted `S(c, p)` where `c` is a constructor (like `Some` or
113 //!    `None`) and `p` a pattern-stack.
114 //!    If the pattern on top of the stack can cover `c`, this removes the constructor and
115 //!    pushes its arguments onto the stack. It also expands OR-patterns into distinct patterns.
116 //!    Otherwise the pattern-stack is discarded.
117 //!    This essentially filters those pattern-stacks whose top covers the constructor `c` and
118 //!    discards the others.
119 //!
120 //!    For example, the first pattern above initially gives a stack `[(Some(true), _)]`. If we
121 //!    pop the tuple constructor, we are left with `[Some(true), _]`, and if we then pop the
122 //!    `Some` constructor we get `[true, _]`. If we had popped `None` instead, we would get
123 //!    nothing back.
124 //!
125 //!    This returns zero or more new pattern-stacks, as follows. We look at the pattern `p_1`
126 //!    on top of the stack, and we have four cases:
127 //!         1.1. `p_1 = c(r_1, .., r_a)`, i.e. the top of the stack has constructor `c`. We
128 //!              push onto the stack the arguments of this constructor, and return the result:
129 //!                 r_1, .., r_a, p_2, .., p_n
130 //!         1.2. `p_1 = c'(r_1, .., r_a')` where `c ≠ c'`. We discard the current stack and
131 //!              return nothing.
132 //!         1.3. `p_1 = _`. We push onto the stack as many wildcards as the constructor `c` has
133 //!              arguments (its arity), and return the resulting stack:
134 //!                 _, .., _, p_2, .., p_n
135 //!         1.4. `p_1 = r_1 | r_2`. We expand the OR-pattern and then recurse on each resulting
136 //!              stack:
137 //!                 S(c, (r_1, p_2, .., p_n))
138 //!                 S(c, (r_2, p_2, .., p_n))
139 //!
140 //! 2. We can pop a wildcard off the top of the stack. This is called `D(p)`, where `p` is
141 //!    a pattern-stack.
142 //!    This is used when we know there are missing constructor cases, but there might be
143 //!    existing wildcard patterns, so to check the usefulness of the matrix, we have to check
144 //!    all its *other* components.
145 //!
146 //!    It is computed as follows. We look at the pattern `p_1` on top of the stack,
147 //!    and we have three cases:
148 //!         2.1. `p_1 = c(r_1, .., r_a)`. We discard the current stack and return nothing.
149 //!         2.2. `p_1 = _`. We return the rest of the stack:
150 //!                 p_2, .., p_n
151 //!         2.3. `p_1 = r_1 | r_2`. We expand the OR-pattern and then recurse on each resulting
152 //!           stack.
153 //!                 D((r_1, p_2, .., p_n))
154 //!                 D((r_2, p_2, .., p_n))
155 //!
156 //! Note that the OR-patterns are not always used directly in Rust, but are used to derive the
157 //! exhaustive integer matching rules, so they're written here for posterity.
158 //!
159 //! Both those operations extend straightforwardly to a list or pattern-stacks, i.e. a matrix, by
160 //! working row-by-row. Popping a constructor ends up keeping only the matrix rows that start with
161 //! the given constructor, and popping a wildcard keeps those rows that start with a wildcard.
162 //!
163 //!
164 //! The algorithm for computing `U`
165 //! -------------------------------
166 //! The algorithm is inductive (on the number of columns: i.e., components of tuple patterns).
167 //! That means we're going to check the components from left-to-right, so the algorithm
168 //! operates principally on the first component of the matrix and new pattern-stack `p`.
169 //! This algorithm is realised in the `is_useful` function.
170 //!
171 //! Base case. (`n = 0`, i.e., an empty tuple pattern)
172 //!     - If `P` already contains an empty pattern (i.e., if the number of patterns `m > 0`),
173 //!       then `U(P, p)` is false.
174 //!     - Otherwise, `P` must be empty, so `U(P, p)` is true.
175 //!
176 //! Inductive step. (`n > 0`, i.e., whether there's at least one column
177 //!                  [which may then be expanded into further columns later])
178 //! We're going to match on the top of the new pattern-stack, `p_1`.
179 //!     - If `p_1 == c(r_1, .., r_a)`, i.e. we have a constructor pattern.
180 //! Then, the usefulness of `p_1` can be reduced to whether it is useful when
181 //! we ignore all the patterns in the first column of `P` that involve other constructors.
182 //! This is where `S(c, P)` comes in:
183 //! `U(P, p) := U(S(c, P), S(c, p))`
184 //! This special case is handled in `is_useful_specialized`.
185 //!
186 //! For example, if `P` is:
187 //!
188 //! ```
189 //! [
190 //!     [Some(true), _],
191 //!     [None, 0],
192 //! ]
193 //! ```
194 //!
195 //! and `p` is [Some(false), 0], then we don't care about row 2 since we know `p` only
196 //! matches values that row 2 doesn't. For row 1 however, we need to dig into the
197 //! arguments of `Some` to know whether some new value is covered. So we compute
198 //! `U([[true, _]], [false, 0])`.
199 //!
200 //!   - If `p_1 == _`, then we look at the list of constructors that appear in the first
201 //! component of the rows of `P`:
202 //!   + If there are some constructors that aren't present, then we might think that the
203 //! wildcard `_` is useful, since it covers those constructors that weren't covered
204 //! before.
205 //! That's almost correct, but only works if there were no wildcards in those first
206 //! components. So we need to check that `p` is useful with respect to the rows that
207 //! start with a wildcard, if there are any. This is where `D` comes in:
208 //! `U(P, p) := U(D(P), D(p))`
209 //!
210 //! For example, if `P` is:
211 //!
212 //! ```
213 //! [
214 //!     [_, true, _],
215 //!     [None, false, 1],
216 //! ]
217 //! ```
218 //!
219 //! and `p` is [_, false, _], the `Some` constructor doesn't appear in `P`. So if we
220 //! only had row 2, we'd know that `p` is useful. However row 1 starts with a
221 //! wildcard, so we need to check whether `U([[true, _]], [false, 1])`.
222 //!
223 //!   + Otherwise, all possible constructors (for the relevant type) are present. In this
224 //! case we must check whether the wildcard pattern covers any unmatched value. For
225 //! that, we can think of the `_` pattern as a big OR-pattern that covers all
226 //! possible constructors. For `Option`, that would mean `_ = None | Some(_)` for
227 //! example. The wildcard pattern is useful in this case if it is useful when
228 //! specialized to one of the possible constructors. So we compute:
229 //! `U(P, p) := ∃(k ϵ constructors) U(S(k, P), S(k, p))`
230 //!
231 //! For example, if `P` is:
232 //!
233 //! ```
234 //! [
235 //!     [Some(true), _],
236 //!     [None, false],
237 //! ]
238 //! ```
239 //!
240 //! and `p` is [_, false], both `None` and `Some` constructors appear in the first
241 //! components of `P`. We will therefore try popping both constructors in turn: we
242 //! compute `U([[true, _]], [_, false])` for the `Some` constructor, and `U([[false]],
243 //! [false])` for the `None` constructor. The first case returns true, so we know that
244 //! `p` is useful for `P`. Indeed, it matches `[Some(false), _]` that wasn't matched
245 //! before.
246 //!
247 //!   - If `p_1 == r_1 | r_2`, then the usefulness depends on each `r_i` separately:
248 //! `U(P, p) := U(P, (r_1, p_2, .., p_n))
249 //!  || U(P, (r_2, p_2, .., p_n))`
250 //!
251 //! Modifications to the algorithm
252 //! ------------------------------
253 //! The algorithm in the paper doesn't cover some of the special cases that arise in Rust, for
254 //! example uninhabited types and variable-length slice patterns. These are drawn attention to
255 //! throughout the code below. I'll make a quick note here about how exhaustive integer matching is
256 //! accounted for, though.
257 //!
258 //! Exhaustive integer matching
259 //! ---------------------------
260 //! An integer type can be thought of as a (huge) sum type: 1 | 2 | 3 | ...
261 //! So to support exhaustive integer matching, we can make use of the logic in the paper for
262 //! OR-patterns. However, we obviously can't just treat ranges x..=y as individual sums, because
263 //! they are likely gigantic. So we instead treat ranges as constructors of the integers. This means
264 //! that we have a constructor *of* constructors (the integers themselves). We then need to work
265 //! through all the inductive step rules above, deriving how the ranges would be treated as
266 //! OR-patterns, and making sure that they're treated in the same way even when they're ranges.
267 //! There are really only four special cases here:
268 //! - When we match on a constructor that's actually a range, we have to treat it as if we would
269 //!   an OR-pattern.
270 //!     + It turns out that we can simply extend the case for single-value patterns in
271 //!      `specialize` to either be *equal* to a value constructor, or *contained within* a range
272 //!      constructor.
273 //!     + When the pattern itself is a range, you just want to tell whether any of the values in
274 //!       the pattern range coincide with values in the constructor range, which is precisely
275 //!       intersection.
276 //!   Since when encountering a range pattern for a value constructor, we also use inclusion, it
277 //!   means that whenever the constructor is a value/range and the pattern is also a value/range,
278 //!   we can simply use intersection to test usefulness.
279 //! - When we're testing for usefulness of a pattern and the pattern's first component is a
280 //!   wildcard.
281 //!     + If all the constructors appear in the matrix, we have a slight complication. By default,
282 //!       the behaviour (i.e., a disjunction over specialised matrices for each constructor) is
283 //!       invalid, because we want a disjunction over every *integer* in each range, not just a
284 //!       disjunction over every range. This is a bit more tricky to deal with: essentially we need
285 //!       to form equivalence classes of subranges of the constructor range for which the behaviour
286 //!       of the matrix `P` and new pattern `p` are the same. This is described in more
287 //!       detail in `Constructor::split`.
288 //!     + If some constructors are missing from the matrix, it turns out we don't need to do
289 //!       anything special (because we know none of the integers are actually wildcards: i.e., we
290 //!       can't span wildcards using ranges).
291 use self::Constructor::*;
292 use self::SliceKind::*;
293 use self::Usefulness::*;
294 use self::WitnessPreference::*;
295
296 use rustc_data_structures::captures::Captures;
297 use rustc_data_structures::fx::{FxHashMap, FxHashSet};
298 use rustc_index::vec::Idx;
299
300 use super::{compare_const_vals, PatternFoldable, PatternFolder};
301 use super::{FieldPat, Pat, PatKind, PatRange};
302
303 use rustc_arena::TypedArena;
304 use rustc_attr::{SignedInt, UnsignedInt};
305 use rustc_hir::def_id::DefId;
306 use rustc_hir::{HirId, RangeEnd};
307 use rustc_middle::mir::interpret::{truncate, ConstValue};
308 use rustc_middle::mir::Field;
309 use rustc_middle::ty::layout::IntegerExt;
310 use rustc_middle::ty::{self, Const, Ty, TyCtxt};
311 use rustc_session::lint;
312 use rustc_span::{Span, DUMMY_SP};
313 use rustc_target::abi::{Integer, Size, VariantIdx};
314
315 use smallvec::{smallvec, SmallVec};
316 use std::cmp::{self, max, min, Ordering};
317 use std::fmt;
318 use std::iter::{FromIterator, IntoIterator};
319 use std::ops::RangeInclusive;
320
321 crate fn expand_pattern<'tcx>(pat: Pat<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
322     LiteralExpander.fold_pattern(&pat)
323 }
324
325 struct LiteralExpander;
326
327 impl<'tcx> PatternFolder<'tcx> for LiteralExpander {
328     fn fold_pattern(&mut self, pat: &Pat<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
329         debug!("fold_pattern {:?} {:?} {:?}", pat, pat.ty.kind(), pat.kind);
330         match (pat.ty.kind(), &*pat.kind) {
331             (_, &PatKind::Binding { subpattern: Some(ref s), .. }) => s.fold_with(self),
332             (_, &PatKind::AscribeUserType { subpattern: ref s, .. }) => s.fold_with(self),
333             _ => pat.super_fold_with(self),
334         }
335     }
336 }
337
338 impl<'tcx> Pat<'tcx> {
339     pub(super) fn is_wildcard(&self) -> bool {
340         match *self.kind {
341             PatKind::Binding { subpattern: None, .. } | PatKind::Wild => true,
342             _ => false,
343         }
344     }
345 }
346
347 /// A row of a matrix. Rows of len 1 are very common, which is why `SmallVec[_; 2]`
348 /// works well.
349 #[derive(Debug, Clone, PartialEq)]
350 crate struct PatStack<'p, 'tcx>(SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>);
351
352 impl<'p, 'tcx> PatStack<'p, 'tcx> {
353     crate fn from_pattern(pat: &'p Pat<'tcx>) -> Self {
354         PatStack(smallvec![pat])
355     }
356
357     fn from_vec(vec: SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>) -> Self {
358         PatStack(vec)
359     }
360
361     fn from_slice(s: &[&'p Pat<'tcx>]) -> Self {
362         PatStack(SmallVec::from_slice(s))
363     }
364
365     fn is_empty(&self) -> bool {
366         self.0.is_empty()
367     }
368
369     fn len(&self) -> usize {
370         self.0.len()
371     }
372
373     fn head(&self) -> &'p Pat<'tcx> {
374         self.0[0]
375     }
376
377     fn to_tail(&self) -> Self {
378         PatStack::from_slice(&self.0[1..])
379     }
380
381     fn iter(&self) -> impl Iterator<Item = &Pat<'tcx>> {
382         self.0.iter().copied()
383     }
384
385     // If the first pattern is an or-pattern, expand this pattern. Otherwise, return `None`.
386     fn expand_or_pat(&self) -> Option<Vec<Self>> {
387         if self.is_empty() {
388             None
389         } else if let PatKind::Or { pats } = &*self.head().kind {
390             Some(
391                 pats.iter()
392                     .map(|pat| {
393                         let mut new_patstack = PatStack::from_pattern(pat);
394                         new_patstack.0.extend_from_slice(&self.0[1..]);
395                         new_patstack
396                     })
397                     .collect(),
398             )
399         } else {
400             None
401         }
402     }
403
404     /// This computes `D(self)`. See top of the file for explanations.
405     fn specialize_wildcard(&self) -> Option<Self> {
406         if self.head().is_wildcard() { Some(self.to_tail()) } else { None }
407     }
408
409     /// This computes `S(constructor, self)`. See top of the file for explanations.
410     ///
411     /// This is the main specialization step. It expands the pattern
412     /// into `arity` patterns based on the constructor. For most patterns, the step is trivial,
413     /// for instance tuple patterns are flattened and box patterns expand into their inner pattern.
414     /// Returns `None` if the pattern does not have the given constructor.
415     ///
416     /// OTOH, slice patterns with a subslice pattern (tail @ ..) can be expanded into multiple
417     /// different patterns.
418     /// Structure patterns with a partial wild pattern (Foo { a: 42, .. }) have their missing
419     /// fields filled with wild patterns.
420     ///
421     /// This is roughly the inverse of `Constructor::apply`.
422     fn specialize_constructor(
423         &self,
424         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
425         ctor: &Constructor<'tcx>,
426         ctor_wild_subpatterns: &Fields<'p, 'tcx>,
427         is_my_head_ctor: bool,
428     ) -> Option<PatStack<'p, 'tcx>> {
429         // We return `None` if `ctor` is not covered by `self.head()`. If `ctor` is known to be
430         // derived from `self.head()`, or if `self.head()` is a wildcard, then we don't need to
431         // check; otherwise, we compute the constructor of `self.head()` and check for constructor
432         // inclusion.
433         // Note that this shortcut is also necessary for correctness: a pattern should always be
434         // specializable with its own constructor, even in cases where we refuse to inspect values like
435         // opaque constants.
436         if !self.head().is_wildcard() && !is_my_head_ctor {
437             // `unwrap` is safe because `pat` is not a wildcard.
438             let head_ctor = pat_constructor(cx.tcx, cx.param_env, self.head()).unwrap();
439             if !ctor.is_covered_by(cx, &head_ctor, self.head().ty) {
440                 return None;
441             }
442         }
443         let new_fields = ctor_wild_subpatterns.replace_with_pattern_arguments(self.head());
444
445         debug!(
446             "specialize_constructor({:#?}, {:#?}, {:#?}) = {:#?}",
447             self.head(),
448             ctor,
449             ctor_wild_subpatterns,
450             new_fields
451         );
452
453         // We pop the head pattern and push the new fields extracted from the arguments of
454         // `self.head()`.
455         Some(new_fields.push_on_patstack(&self.0[1..]))
456     }
457 }
458
459 impl<'p, 'tcx> Default for PatStack<'p, 'tcx> {
460     fn default() -> Self {
461         PatStack(smallvec![])
462     }
463 }
464
465 impl<'p, 'tcx> FromIterator<&'p Pat<'tcx>> for PatStack<'p, 'tcx> {
466     fn from_iter<T>(iter: T) -> Self
467     where
468         T: IntoIterator<Item = &'p Pat<'tcx>>,
469     {
470         PatStack(iter.into_iter().collect())
471     }
472 }
473
474 /// Depending on the match patterns, the specialization process might be able to use a fast path.
475 /// Tracks whether we can use the fast path and the lookup table needed in those cases.
476 #[derive(Clone, Debug, PartialEq)]
477 enum SpecializationCache {
478     /// Patterns consist of only enum variants.
479     /// Variant patterns does not intersect with each other (in contrast to range patterns),
480     /// so it is possible to precompute the result of `Matrix::specialize_constructor` at a
481     /// lower computational complexity.
482     /// `lookup` is responsible for holding the precomputed result of
483     /// `Matrix::specialize_constructor`, while `wilds` is used for two purposes: the first one is
484     /// the precomputed result of `Matrix::specialize_wildcard`, and the second is to be used as a
485     /// fallback for `Matrix::specialize_constructor` when it tries to apply a constructor that
486     /// has not been seen in the `Matrix`. See `update_cache` for further explanations.
487     Variants { lookup: FxHashMap<DefId, SmallVec<[usize; 1]>>, wilds: SmallVec<[usize; 1]> },
488     /// Does not belong to the cases above, use the slow path.
489     Incompatible,
490 }
491
492 /// A 2D matrix.
493 #[derive(Clone, PartialEq)]
494 crate struct Matrix<'p, 'tcx> {
495     patterns: Vec<PatStack<'p, 'tcx>>,
496     cache: SpecializationCache,
497 }
498
499 impl<'p, 'tcx> Matrix<'p, 'tcx> {
500     crate fn empty() -> Self {
501         // Use `SpecializationCache::Incompatible` as a placeholder; we will initialize it on the
502         // first call to `push`. See the first half of `update_cache`.
503         Matrix { patterns: vec![], cache: SpecializationCache::Incompatible }
504     }
505
506     /// Pushes a new row to the matrix. If the row starts with an or-pattern, this expands it.
507     crate fn push(&mut self, row: PatStack<'p, 'tcx>) {
508         if let Some(rows) = row.expand_or_pat() {
509             for row in rows {
510                 // We recursively expand the or-patterns of the new rows.
511                 // This is necessary as we might have `0 | (1 | 2)` or e.g., `x @ 0 | x @ (1 | 2)`.
512                 self.push(row)
513             }
514         } else {
515             self.patterns.push(row);
516             self.update_cache(self.patterns.len() - 1);
517         }
518     }
519
520     fn update_cache(&mut self, idx: usize) {
521         let row = &self.patterns[idx];
522         // We don't know which kind of cache could be used until we see the first row; therefore an
523         // empty `Matrix` is initialized with `SpecializationCache::Empty`, then the cache is
524         // assigned the appropriate variant below on the first call to `push`.
525         if self.patterns.is_empty() {
526             self.cache = if row.is_empty() {
527                 SpecializationCache::Incompatible
528             } else {
529                 match *row.head().kind {
530                     PatKind::Variant { .. } => SpecializationCache::Variants {
531                         lookup: FxHashMap::default(),
532                         wilds: SmallVec::new(),
533                     },
534                     // Note: If the first pattern is a wildcard, then all patterns after that is not
535                     // useful. The check is simple enough so we treat it as the same as unsupported
536                     // patterns.
537                     _ => SpecializationCache::Incompatible,
538                 }
539             };
540         }
541         // Update the cache.
542         match &mut self.cache {
543             SpecializationCache::Variants { ref mut lookup, ref mut wilds } => {
544                 let head = row.head();
545                 match *head.kind {
546                     _ if head.is_wildcard() => {
547                         // Per rule 1.3 in the top-level comments, a wildcard pattern is included in
548                         // the result of `specialize_constructor` for *any* `Constructor`.
549                         // We push the wildcard pattern to the precomputed result for constructors
550                         // that we have seen before; results for constructors we have not yet seen
551                         // defaults to `wilds`, which is updated right below.
552                         for (_, v) in lookup.iter_mut() {
553                             v.push(idx);
554                         }
555                         // Per rule 2.1 and 2.2 in the top-level comments, only wildcard patterns
556                         // are included in the result of `specialize_wildcard`.
557                         // What we do here is to track the wildcards we have seen; so in addition to
558                         // acting as the precomputed result of `specialize_wildcard`, `wilds` also
559                         // serves as the default value of `specialize_constructor` for constructors
560                         // that are not in `lookup`.
561                         wilds.push(idx);
562                     }
563                     PatKind::Variant { adt_def, variant_index, .. } => {
564                         // Handle the cases of rule 1.1 and 1.2 in the top-level comments.
565                         // A variant pattern can only be included in the results of
566                         // `specialize_constructor` for a particular constructor, therefore we are
567                         // using a HashMap to track that.
568                         lookup
569                             .entry(adt_def.variants[variant_index].def_id)
570                             // Default to `wilds` for absent keys. See above for an explanation.
571                             .or_insert_with(|| wilds.clone())
572                             .push(idx);
573                     }
574                     _ => {
575                         self.cache = SpecializationCache::Incompatible;
576                     }
577                 }
578             }
579             SpecializationCache::Incompatible => {}
580         }
581     }
582
583     /// Iterate over the first component of each row
584     fn heads<'a>(&'a self) -> impl Iterator<Item = &'a Pat<'tcx>> + Captures<'p> {
585         self.patterns.iter().map(|r| r.head())
586     }
587
588     /// This computes `D(self)`. See top of the file for explanations.
589     fn specialize_wildcard(&self) -> Self {
590         match &self.cache {
591             SpecializationCache::Variants { wilds, .. } => {
592                 let result =
593                     wilds.iter().filter_map(|&i| self.patterns[i].specialize_wildcard()).collect();
594                 // When debug assertions are enabled, check the results against the "slow path"
595                 // result.
596                 debug_assert_eq!(
597                     result,
598                     Self {
599                         patterns: self.patterns.clone(),
600                         cache: SpecializationCache::Incompatible
601                     }
602                     .specialize_wildcard()
603                 );
604                 result
605             }
606             SpecializationCache::Incompatible => {
607                 self.patterns.iter().filter_map(|r| r.specialize_wildcard()).collect()
608             }
609         }
610     }
611
612     /// This computes `S(constructor, self)`. See top of the file for explanations.
613     fn specialize_constructor(
614         &self,
615         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
616         constructor: &Constructor<'tcx>,
617         ctor_wild_subpatterns: &Fields<'p, 'tcx>,
618     ) -> Matrix<'p, 'tcx> {
619         match &self.cache {
620             SpecializationCache::Variants { lookup, wilds } => {
621                 let result: Self = if let Constructor::Variant(id) = constructor {
622                     lookup
623                         .get(id)
624                         // Default to `wilds` for absent keys. See `update_cache` for an explanation.
625                         .unwrap_or(&wilds)
626                         .iter()
627                         .filter_map(|&i| {
628                             self.patterns[i].specialize_constructor(
629                                 cx,
630                                 constructor,
631                                 ctor_wild_subpatterns,
632                                 false,
633                             )
634                         })
635                         .collect()
636                 } else {
637                     unreachable!()
638                 };
639                 // When debug assertions are enabled, check the results against the "slow path"
640                 // result.
641                 debug_assert_eq!(
642                     result,
643                     Matrix {
644                         patterns: self.patterns.clone(),
645                         cache: SpecializationCache::Incompatible
646                     }
647                     .specialize_constructor(
648                         cx,
649                         constructor,
650                         ctor_wild_subpatterns
651                     )
652                 );
653                 result
654             }
655             SpecializationCache::Incompatible => self
656                 .patterns
657                 .iter()
658                 .filter_map(|r| {
659                     r.specialize_constructor(cx, constructor, ctor_wild_subpatterns, false)
660                 })
661                 .collect(),
662         }
663     }
664 }
665
666 /// Pretty-printer for matrices of patterns, example:
667 ///
668 /// ```text
669 /// +++++++++++++++++++++++++++++
670 /// + _     + []                +
671 /// +++++++++++++++++++++++++++++
672 /// + true  + [First]           +
673 /// +++++++++++++++++++++++++++++
674 /// + true  + [Second(true)]    +
675 /// +++++++++++++++++++++++++++++
676 /// + false + [_]               +
677 /// +++++++++++++++++++++++++++++
678 /// + _     + [_, _, tail @ ..] +
679 /// +++++++++++++++++++++++++++++
680 /// ```
681 impl<'p, 'tcx> fmt::Debug for Matrix<'p, 'tcx> {
682     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
683         write!(f, "\n")?;
684
685         let Matrix { patterns: m, .. } = self;
686         let pretty_printed_matrix: Vec<Vec<String>> =
687             m.iter().map(|row| row.iter().map(|pat| format!("{:?}", pat)).collect()).collect();
688
689         let column_count = m.iter().map(|row| row.len()).max().unwrap_or(0);
690         assert!(m.iter().all(|row| row.len() == column_count));
691         let column_widths: Vec<usize> = (0..column_count)
692             .map(|col| pretty_printed_matrix.iter().map(|row| row[col].len()).max().unwrap_or(0))
693             .collect();
694
695         let total_width = column_widths.iter().cloned().sum::<usize>() + column_count * 3 + 1;
696         let br = "+".repeat(total_width);
697         write!(f, "{}\n", br)?;
698         for row in pretty_printed_matrix {
699             write!(f, "+")?;
700             for (column, pat_str) in row.into_iter().enumerate() {
701                 write!(f, " ")?;
702                 write!(f, "{:1$}", pat_str, column_widths[column])?;
703                 write!(f, " +")?;
704             }
705             write!(f, "\n")?;
706             write!(f, "{}\n", br)?;
707         }
708         Ok(())
709     }
710 }
711
712 impl<'p, 'tcx> FromIterator<PatStack<'p, 'tcx>> for Matrix<'p, 'tcx> {
713     fn from_iter<T>(iter: T) -> Self
714     where
715         T: IntoIterator<Item = PatStack<'p, 'tcx>>,
716     {
717         let mut matrix = Matrix::empty();
718         for x in iter {
719             // Using `push` ensures we correctly expand or-patterns.
720             matrix.push(x);
721         }
722         matrix
723     }
724 }
725
726 crate struct MatchCheckCtxt<'a, 'tcx> {
727     crate tcx: TyCtxt<'tcx>,
728     /// The module in which the match occurs. This is necessary for
729     /// checking inhabited-ness of types because whether a type is (visibly)
730     /// inhabited can depend on whether it was defined in the current module or
731     /// not. E.g., `struct Foo { _private: ! }` cannot be seen to be empty
732     /// outside it's module and should not be matchable with an empty match
733     /// statement.
734     crate module: DefId,
735     crate param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
736     crate pattern_arena: &'a TypedArena<Pat<'tcx>>,
737 }
738
739 impl<'a, 'tcx> MatchCheckCtxt<'a, 'tcx> {
740     fn is_uninhabited(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
741         if self.tcx.features().exhaustive_patterns {
742             self.tcx.is_ty_uninhabited_from(self.module, ty, self.param_env)
743         } else {
744             false
745         }
746     }
747
748     /// Returns whether the given type is an enum from another crate declared `#[non_exhaustive]`.
749     crate fn is_foreign_non_exhaustive_enum(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
750         match ty.kind() {
751             ty::Adt(def, ..) => {
752                 def.is_enum() && def.is_variant_list_non_exhaustive() && !def.did.is_local()
753             }
754             _ => false,
755         }
756     }
757 }
758
759 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq)]
760 enum SliceKind {
761     /// Patterns of length `n` (`[x, y]`).
762     FixedLen(u64),
763     /// Patterns using the `..` notation (`[x, .., y]`).
764     /// Captures any array constructor of `length >= i + j`.
765     /// In the case where `array_len` is `Some(_)`,
766     /// this indicates that we only care about the first `i` and the last `j` values of the array,
767     /// and everything in between is a wildcard `_`.
768     VarLen(u64, u64),
769 }
770
771 impl SliceKind {
772     fn arity(self) -> u64 {
773         match self {
774             FixedLen(length) => length,
775             VarLen(prefix, suffix) => prefix + suffix,
776         }
777     }
778
779     /// Whether this pattern includes patterns of length `other_len`.
780     fn covers_length(self, other_len: u64) -> bool {
781         match self {
782             FixedLen(len) => len == other_len,
783             VarLen(prefix, suffix) => prefix + suffix <= other_len,
784         }
785     }
786
787     /// Returns a collection of slices that spans the values covered by `self`, subtracted by the
788     /// values covered by `other`: i.e., `self \ other` (in set notation).
789     fn subtract(self, other: Self) -> SmallVec<[Self; 1]> {
790         // Remember, `VarLen(i, j)` covers the union of `FixedLen` from `i + j` to infinity.
791         // Naming: we remove the "neg" constructors from the "pos" ones.
792         match self {
793             FixedLen(pos_len) => {
794                 if other.covers_length(pos_len) {
795                     smallvec![]
796                 } else {
797                     smallvec![self]
798                 }
799             }
800             VarLen(pos_prefix, pos_suffix) => {
801                 let pos_len = pos_prefix + pos_suffix;
802                 match other {
803                     FixedLen(neg_len) => {
804                         if neg_len < pos_len {
805                             smallvec![self]
806                         } else {
807                             (pos_len..neg_len)
808                                 .map(FixedLen)
809                                 // We know that `neg_len + 1 >= pos_len >= pos_suffix`.
810                                 .chain(Some(VarLen(neg_len + 1 - pos_suffix, pos_suffix)))
811                                 .collect()
812                         }
813                     }
814                     VarLen(neg_prefix, neg_suffix) => {
815                         let neg_len = neg_prefix + neg_suffix;
816                         if neg_len <= pos_len {
817                             smallvec![]
818                         } else {
819                             (pos_len..neg_len).map(FixedLen).collect()
820                         }
821                     }
822                 }
823             }
824         }
825     }
826 }
827
828 /// A constructor for array and slice patterns.
829 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq)]
830 struct Slice {
831     /// `None` if the matched value is a slice, `Some(n)` if it is an array of size `n`.
832     array_len: Option<u64>,
833     /// The kind of pattern it is: fixed-length `[x, y]` or variable length `[x, .., y]`.
834     kind: SliceKind,
835 }
836
837 impl Slice {
838     /// Returns what patterns this constructor covers: either fixed-length patterns or
839     /// variable-length patterns.
840     fn pattern_kind(self) -> SliceKind {
841         match self {
842             Slice { array_len: Some(len), kind: VarLen(prefix, suffix) }
843                 if prefix + suffix == len =>
844             {
845                 FixedLen(len)
846             }
847             _ => self.kind,
848         }
849     }
850
851     /// Returns what values this constructor covers: either values of only one given length, or
852     /// values of length above a given length.
853     /// This is different from `pattern_kind()` because in some cases the pattern only takes into
854     /// account a subset of the entries of the array, but still only captures values of a given
855     /// length.
856     fn value_kind(self) -> SliceKind {
857         match self {
858             Slice { array_len: Some(len), kind: VarLen(_, _) } => FixedLen(len),
859             _ => self.kind,
860         }
861     }
862
863     fn arity(self) -> u64 {
864         self.pattern_kind().arity()
865     }
866
867     /// The exhaustiveness-checking paper does not include any details on
868     /// checking variable-length slice patterns. However, they are matched
869     /// by an infinite collection of fixed-length array patterns.
870     ///
871     /// Checking the infinite set directly would take an infinite amount
872     /// of time. However, it turns out that for each finite set of
873     /// patterns `P`, all sufficiently large array lengths are equivalent:
874     ///
875     /// Each slice `s` with a "sufficiently-large" length `l ≥ L` that applies
876     /// to exactly the subset `Pₜ` of `P` can be transformed to a slice
877     /// `sₘ` for each sufficiently-large length `m` that applies to exactly
878     /// the same subset of `P`.
879     ///
880     /// Because of that, each witness for reachability-checking from one
881     /// of the sufficiently-large lengths can be transformed to an
882     /// equally-valid witness from any other length, so we only have
883     /// to check slice lengths from the "minimal sufficiently-large length"
884     /// and below.
885     ///
886     /// Note that the fact that there is a *single* `sₘ` for each `m`
887     /// not depending on the specific pattern in `P` is important: if
888     /// you look at the pair of patterns
889     ///     `[true, ..]`
890     ///     `[.., false]`
891     /// Then any slice of length ≥1 that matches one of these two
892     /// patterns can be trivially turned to a slice of any
893     /// other length ≥1 that matches them and vice-versa - for
894     /// but the slice from length 2 `[false, true]` that matches neither
895     /// of these patterns can't be turned to a slice from length 1 that
896     /// matches neither of these patterns, so we have to consider
897     /// slices from length 2 there.
898     ///
899     /// Now, to see that that length exists and find it, observe that slice
900     /// patterns are either "fixed-length" patterns (`[_, _, _]`) or
901     /// "variable-length" patterns (`[_, .., _]`).
902     ///
903     /// For fixed-length patterns, all slices with lengths *longer* than
904     /// the pattern's length have the same outcome (of not matching), so
905     /// as long as `L` is greater than the pattern's length we can pick
906     /// any `sₘ` from that length and get the same result.
907     ///
908     /// For variable-length patterns, the situation is more complicated,
909     /// because as seen above the precise value of `sₘ` matters.
910     ///
911     /// However, for each variable-length pattern `p` with a prefix of length
912     /// `plₚ` and suffix of length `slₚ`, only the first `plₚ` and the last
913     /// `slₚ` elements are examined.
914     ///
915     /// Therefore, as long as `L` is positive (to avoid concerns about empty
916     /// types), all elements after the maximum prefix length and before
917     /// the maximum suffix length are not examined by any variable-length
918     /// pattern, and therefore can be added/removed without affecting
919     /// them - creating equivalent patterns from any sufficiently-large
920     /// length.
921     ///
922     /// Of course, if fixed-length patterns exist, we must be sure
923     /// that our length is large enough to miss them all, so
924     /// we can pick `L = max(max(FIXED_LEN)+1, max(PREFIX_LEN) + max(SUFFIX_LEN))`
925     ///
926     /// for example, with the above pair of patterns, all elements
927     /// but the first and last can be added/removed, so any
928     /// witness of length ≥2 (say, `[false, false, true]`) can be
929     /// turned to a witness from any other length ≥2.
930     fn split<'p, 'tcx>(
931         self,
932         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
933         matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
934     ) -> SmallVec<[Constructor<'tcx>; 1]> {
935         let (array_len, self_prefix, self_suffix) = match self {
936             Slice { array_len, kind: VarLen(self_prefix, self_suffix) } => {
937                 (array_len, self_prefix, self_suffix)
938             }
939             _ => return smallvec![Slice(self)],
940         };
941
942         let head_ctors =
943             matrix.heads().filter_map(|pat| pat_constructor(cx.tcx, cx.param_env, pat));
944
945         let mut max_prefix_len = self_prefix;
946         let mut max_suffix_len = self_suffix;
947         let mut max_fixed_len = 0;
948
949         for ctor in head_ctors {
950             if let Slice(slice) = ctor {
951                 match slice.pattern_kind() {
952                     FixedLen(len) => {
953                         max_fixed_len = cmp::max(max_fixed_len, len);
954                     }
955                     VarLen(prefix, suffix) => {
956                         max_prefix_len = cmp::max(max_prefix_len, prefix);
957                         max_suffix_len = cmp::max(max_suffix_len, suffix);
958                     }
959                 }
960             }
961         }
962
963         // For diagnostics, we keep the prefix and suffix lengths separate, so in the case
964         // where `max_fixed_len + 1` is the largest, we adapt `max_prefix_len` accordingly,
965         // so that `L = max_prefix_len + max_suffix_len`.
966         if max_fixed_len + 1 >= max_prefix_len + max_suffix_len {
967             // The subtraction can't overflow thanks to the above check.
968             // The new `max_prefix_len` is also guaranteed to be larger than its previous
969             // value.
970             max_prefix_len = max_fixed_len + 1 - max_suffix_len;
971         }
972
973         match array_len {
974             Some(len) => {
975                 let kind = if max_prefix_len + max_suffix_len < len {
976                     VarLen(max_prefix_len, max_suffix_len)
977                 } else {
978                     FixedLen(len)
979                 };
980                 smallvec![Slice(Slice { array_len, kind })]
981             }
982             None => {
983                 // `ctor` originally covered the range `(self_prefix +
984                 // self_suffix..infinity)`. We now split it into two: lengths smaller than
985                 // `max_prefix_len + max_suffix_len` are treated independently as
986                 // fixed-lengths slices, and lengths above are captured by a final VarLen
987                 // constructor.
988                 let smaller_lengths =
989                     (self_prefix + self_suffix..max_prefix_len + max_suffix_len).map(FixedLen);
990                 let final_slice = VarLen(max_prefix_len, max_suffix_len);
991                 smaller_lengths
992                     .chain(Some(final_slice))
993                     .map(|kind| Slice { array_len, kind })
994                     .map(Slice)
995                     .collect()
996             }
997         }
998     }
999 }
1000
1001 /// A value can be decomposed into a constructor applied to some fields. This struct represents
1002 /// the constructor. See also `Fields`.
1003 ///
1004 /// `pat_constructor` retrieves the constructor corresponding to a pattern.
1005 /// `specialize_constructor` returns the list of fields corresponding to a pattern, given a
1006 /// constructor. `Constructor::apply` reconstructs the pattern from a pair of `Constructor` and
1007 /// `Fields`.
1008 #[derive(Clone, Debug, PartialEq)]
1009 enum Constructor<'tcx> {
1010     /// The constructor for patterns that have a single constructor, like tuples, struct patterns
1011     /// and fixed-length arrays.
1012     Single,
1013     /// Enum variants.
1014     Variant(DefId),
1015     /// Ranges of integer literal values (`2`, `2..=5` or `2..5`).
1016     IntRange(IntRange<'tcx>),
1017     /// Ranges of floating-point literal values (`2.0..=5.2`).
1018     FloatRange(&'tcx ty::Const<'tcx>, &'tcx ty::Const<'tcx>, RangeEnd),
1019     /// String literals. Strings are not quite the same as `&[u8]` so we treat them separately.
1020     Str(&'tcx ty::Const<'tcx>),
1021     /// Array and slice patterns.
1022     Slice(Slice),
1023     /// Constants that must not be matched structurally. They are treated as black
1024     /// boxes for the purposes of exhaustiveness: we must not inspect them, and they
1025     /// don't count towards making a match exhaustive.
1026     Opaque,
1027     /// Fake extra constructor for enums that aren't allowed to be matched exhaustively.
1028     NonExhaustive,
1029 }
1030
1031 impl<'tcx> Constructor<'tcx> {
1032     fn variant_index_for_adt(&self, adt: &'tcx ty::AdtDef) -> VariantIdx {
1033         match *self {
1034             Variant(id) => adt.variant_index_with_id(id),
1035             Single => {
1036                 assert!(!adt.is_enum());
1037                 VariantIdx::new(0)
1038             }
1039             _ => bug!("bad constructor {:?} for adt {:?}", self, adt),
1040         }
1041     }
1042
1043     // Returns the set of constructors covered by `self` but not by
1044     // anything in `other_ctors`.
1045     fn subtract_ctors(&self, other_ctors: &Vec<Constructor<'tcx>>) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
1046         if other_ctors.is_empty() {
1047             return vec![self.clone()];
1048         }
1049
1050         match self {
1051             // Those constructors can only match themselves.
1052             Single | Variant(_) | Str(..) | FloatRange(..) => {
1053                 if other_ctors.iter().any(|c| c == self) { vec![] } else { vec![self.clone()] }
1054             }
1055             &Slice(slice) => {
1056                 let mut other_slices = other_ctors
1057                     .iter()
1058                     .filter_map(|c: &Constructor<'_>| match c {
1059                         Slice(slice) => Some(*slice),
1060                         _ => bug!("bad slice pattern constructor {:?}", c),
1061                     })
1062                     .map(Slice::value_kind);
1063
1064                 match slice.value_kind() {
1065                     FixedLen(self_len) => {
1066                         if other_slices.any(|other_slice| other_slice.covers_length(self_len)) {
1067                             vec![]
1068                         } else {
1069                             vec![Slice(slice)]
1070                         }
1071                     }
1072                     kind @ VarLen(..) => {
1073                         let mut remaining_slices = vec![kind];
1074
1075                         // For each used slice, subtract from the current set of slices.
1076                         for other_slice in other_slices {
1077                             remaining_slices = remaining_slices
1078                                 .into_iter()
1079                                 .flat_map(|remaining_slice| remaining_slice.subtract(other_slice))
1080                                 .collect();
1081
1082                             // If the constructors that have been considered so far already cover
1083                             // the entire range of `self`, no need to look at more constructors.
1084                             if remaining_slices.is_empty() {
1085                                 break;
1086                             }
1087                         }
1088
1089                         remaining_slices
1090                             .into_iter()
1091                             .map(|kind| Slice { array_len: slice.array_len, kind })
1092                             .map(Slice)
1093                             .collect()
1094                     }
1095                 }
1096             }
1097             IntRange(self_range) => {
1098                 let mut remaining_ranges = vec![self_range.clone()];
1099                 for other_ctor in other_ctors {
1100                     if let IntRange(other_range) = other_ctor {
1101                         if other_range == self_range {
1102                             // If the `self` range appears directly in a `match` arm, we can
1103                             // eliminate it straight away.
1104                             remaining_ranges = vec![];
1105                         } else {
1106                             // Otherwise explicitly compute the remaining ranges.
1107                             remaining_ranges = other_range.subtract_from(remaining_ranges);
1108                         }
1109
1110                         // If the ranges that have been considered so far already cover the entire
1111                         // range of values, we can return early.
1112                         if remaining_ranges.is_empty() {
1113                             break;
1114                         }
1115                     }
1116                 }
1117
1118                 // Convert the ranges back into constructors.
1119                 remaining_ranges.into_iter().map(IntRange).collect()
1120             }
1121             // This constructor is never covered by anything else
1122             NonExhaustive => vec![NonExhaustive],
1123             Opaque => bug!("unexpected opaque ctor {:?} found in all_ctors", self),
1124         }
1125     }
1126
1127     /// Some constructors (namely IntRange and Slice) actually stand for a set of actual
1128     /// constructors (integers and fixed-sized slices). When specializing for these
1129     /// constructors, we want to be specialising for the actual underlying constructors.
1130     /// Naively, we would simply return the list of constructors they correspond to. We instead are
1131     /// more clever: if there are constructors that we know will behave the same wrt the current
1132     /// matrix, we keep them grouped. For example, all slices of a sufficiently large length
1133     /// will either be all useful or all non-useful with a given matrix.
1134     ///
1135     /// See the branches for details on how the splitting is done.
1136     ///
1137     /// This function may discard some irrelevant constructors if this preserves behavior and
1138     /// diagnostics. Eg. for the `_` case, we ignore the constructors already present in the
1139     /// matrix, unless all of them are.
1140     ///
1141     /// `hir_id` is `None` when we're evaluating the wildcard pattern. In that case we do not want
1142     /// to lint for overlapping ranges.
1143     fn split<'p>(
1144         self,
1145         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1146         pcx: PatCtxt<'tcx>,
1147         matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
1148         hir_id: Option<HirId>,
1149     ) -> SmallVec<[Self; 1]> {
1150         debug!("Constructor::split({:#?}, {:#?})", self, matrix);
1151
1152         match self {
1153             // Fast-track if the range is trivial. In particular, we don't do the overlapping
1154             // ranges check.
1155             IntRange(ctor_range)
1156                 if ctor_range.treat_exhaustively(cx.tcx) && !ctor_range.is_singleton() =>
1157             {
1158                 ctor_range.split(cx, pcx, matrix, hir_id)
1159             }
1160             Slice(slice @ Slice { kind: VarLen(..), .. }) => slice.split(cx, matrix),
1161             // Any other constructor can be used unchanged.
1162             _ => smallvec![self],
1163         }
1164     }
1165
1166     /// Returns whether `self` is covered by `other`, ie whether `self` is a subset of `other`. For
1167     /// the simple cases, this is simply checking for equality. For the "grouped" constructors,
1168     /// this checks for inclusion.
1169     fn is_covered_by<'p>(
1170         &self,
1171         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1172         other: &Constructor<'tcx>,
1173         ty: Ty<'tcx>,
1174     ) -> bool {
1175         match (self, other) {
1176             (Single, Single) => true,
1177             (Variant(self_id), Variant(other_id)) => self_id == other_id,
1178
1179             (IntRange(self_range), IntRange(other_range)) => {
1180                 if self_range.intersection(cx.tcx, other_range).is_some() {
1181                     // Constructor splitting should ensure that all intersections we encounter
1182                     // are actually inclusions.
1183                     assert!(self_range.is_subrange(other_range));
1184                     true
1185                 } else {
1186                     false
1187                 }
1188             }
1189             (
1190                 FloatRange(self_from, self_to, self_end),
1191                 FloatRange(other_from, other_to, other_end),
1192             ) => {
1193                 match (
1194                     compare_const_vals(cx.tcx, self_to, other_to, cx.param_env, ty),
1195                     compare_const_vals(cx.tcx, self_from, other_from, cx.param_env, ty),
1196                 ) {
1197                     (Some(to), Some(from)) => {
1198                         (from == Ordering::Greater || from == Ordering::Equal)
1199                             && (to == Ordering::Less
1200                                 || (other_end == self_end && to == Ordering::Equal))
1201                     }
1202                     _ => false,
1203                 }
1204             }
1205             (Str(self_val), Str(other_val)) => {
1206                 // FIXME: there's probably a more direct way of comparing for equality
1207                 match compare_const_vals(cx.tcx, self_val, other_val, cx.param_env, ty) {
1208                     Some(comparison) => comparison == Ordering::Equal,
1209                     None => false,
1210                 }
1211             }
1212
1213             (Slice(self_slice), Slice(other_slice)) => {
1214                 other_slice.pattern_kind().covers_length(self_slice.arity())
1215             }
1216
1217             // We are trying to inspect an opaque constant. Thus we skip the row.
1218             (Opaque, _) | (_, Opaque) => false,
1219             // Only a wildcard pattern can match the special extra constructor.
1220             (NonExhaustive, _) => false,
1221
1222             _ => bug!("trying to compare incompatible constructors {:?} and {:?}", self, other),
1223         }
1224     }
1225
1226     /// Apply a constructor to a list of patterns, yielding a new pattern. `pats`
1227     /// must have as many elements as this constructor's arity.
1228     ///
1229     /// This is roughly the inverse of `specialize_constructor`.
1230     ///
1231     /// Examples:
1232     /// `self`: `Constructor::Single`
1233     /// `ty`: `(u32, u32, u32)`
1234     /// `pats`: `[10, 20, _]`
1235     /// returns `(10, 20, _)`
1236     ///
1237     /// `self`: `Constructor::Variant(Option::Some)`
1238     /// `ty`: `Option<bool>`
1239     /// `pats`: `[false]`
1240     /// returns `Some(false)`
1241     fn apply<'p>(
1242         &self,
1243         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1244         ty: Ty<'tcx>,
1245         fields: Fields<'p, 'tcx>,
1246     ) -> Pat<'tcx> {
1247         let mut subpatterns = fields.all_patterns();
1248
1249         let pat = match self {
1250             Single | Variant(_) => match ty.kind() {
1251                 ty::Adt(..) | ty::Tuple(..) => {
1252                     let subpatterns = subpatterns
1253                         .enumerate()
1254                         .map(|(i, p)| FieldPat { field: Field::new(i), pattern: p })
1255                         .collect();
1256
1257                     if let ty::Adt(adt, substs) = ty.kind() {
1258                         if adt.is_enum() {
1259                             PatKind::Variant {
1260                                 adt_def: adt,
1261                                 substs,
1262                                 variant_index: self.variant_index_for_adt(adt),
1263                                 subpatterns,
1264                             }
1265                         } else {
1266                             PatKind::Leaf { subpatterns }
1267                         }
1268                     } else {
1269                         PatKind::Leaf { subpatterns }
1270                     }
1271                 }
1272                 ty::Ref(..) => PatKind::Deref { subpattern: subpatterns.next().unwrap() },
1273                 ty::Slice(_) | ty::Array(..) => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", self, ty),
1274                 _ => PatKind::Wild,
1275             },
1276             Slice(slice) => match slice.pattern_kind() {
1277                 FixedLen(_) => {
1278                     PatKind::Slice { prefix: subpatterns.collect(), slice: None, suffix: vec![] }
1279                 }
1280                 VarLen(prefix, _) => {
1281                     let mut prefix: Vec<_> = subpatterns.by_ref().take(prefix as usize).collect();
1282                     if slice.array_len.is_some() {
1283                         // Improves diagnostics a bit: if the type is a known-size array, instead
1284                         // of reporting `[x, _, .., _, y]`, we prefer to report `[x, .., y]`.
1285                         // This is incorrect if the size is not known, since `[_, ..]` captures
1286                         // arrays of lengths `>= 1` whereas `[..]` captures any length.
1287                         while !prefix.is_empty() && prefix.last().unwrap().is_wildcard() {
1288                             prefix.pop();
1289                         }
1290                     }
1291                     let suffix: Vec<_> = if slice.array_len.is_some() {
1292                         // Same as above.
1293                         subpatterns.skip_while(Pat::is_wildcard).collect()
1294                     } else {
1295                         subpatterns.collect()
1296                     };
1297                     let wild = Pat::wildcard_from_ty(ty);
1298                     PatKind::Slice { prefix, slice: Some(wild), suffix }
1299                 }
1300             },
1301             &Str(value) => PatKind::Constant { value },
1302             &FloatRange(lo, hi, end) => PatKind::Range(PatRange { lo, hi, end }),
1303             IntRange(range) => return range.to_pat(cx.tcx),
1304             NonExhaustive => PatKind::Wild,
1305             Opaque => bug!("we should not try to apply an opaque constructor {:?}", self),
1306         };
1307
1308         Pat { ty, span: DUMMY_SP, kind: Box::new(pat) }
1309     }
1310
1311     /// Like `apply`, but where all the subpatterns are wildcards `_`.
1312     fn apply_wildcards<'a>(&self, cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
1313         self.apply(cx, ty, Fields::wildcards(cx, self, ty))
1314     }
1315 }
1316
1317 /// Some fields need to be explicitly hidden away in certain cases; see the comment above the
1318 /// `Fields` struct. This struct represents such a potentially-hidden field. When a field is hidden
1319 /// we still keep its type around.
1320 #[derive(Debug, Copy, Clone)]
1321 enum FilteredField<'p, 'tcx> {
1322     Kept(&'p Pat<'tcx>),
1323     Hidden(Ty<'tcx>),
1324 }
1325
1326 impl<'p, 'tcx> FilteredField<'p, 'tcx> {
1327     fn kept(self) -> Option<&'p Pat<'tcx>> {
1328         match self {
1329             FilteredField::Kept(p) => Some(p),
1330             FilteredField::Hidden(_) => None,
1331         }
1332     }
1333
1334     fn to_pattern(self) -> Pat<'tcx> {
1335         match self {
1336             FilteredField::Kept(p) => p.clone(),
1337             FilteredField::Hidden(ty) => Pat::wildcard_from_ty(ty),
1338         }
1339     }
1340 }
1341
1342 /// A value can be decomposed into a constructor applied to some fields. This struct represents
1343 /// those fields, generalized to allow patterns in each field. See also `Constructor`.
1344 ///
1345 /// If a private or `non_exhaustive` field is uninhabited, the code mustn't observe that it is
1346 /// uninhabited. For that, we filter these fields out of the matrix. This is subtle because we
1347 /// still need to have those fields back when going to/from a `Pat`. Most of this is handled
1348 /// automatically in `Fields`, but when constructing or deconstructing `Fields` you need to be
1349 /// careful. As a rule, when going to/from the matrix, use the filtered field list; when going
1350 /// to/from `Pat`, use the full field list.
1351 /// This filtering is uncommon in practice, because uninhabited fields are rarely used, so we avoid
1352 /// it when possible to preserve performance.
1353 #[derive(Debug, Clone)]
1354 enum Fields<'p, 'tcx> {
1355     /// Lists of patterns that don't contain any filtered fields.
1356     /// `Slice` and `Vec` behave the same; the difference is only to avoid allocating and
1357     /// triple-dereferences when possible. Frankly this is premature optimization, I (Nadrieril)
1358     /// have not measured if it really made a difference.
1359     Slice(&'p [Pat<'tcx>]),
1360     Vec(SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>),
1361     /// Patterns where some of the fields need to be hidden. `kept_count` caches the number of
1362     /// non-hidden fields.
1363     Filtered {
1364         fields: SmallVec<[FilteredField<'p, 'tcx>; 2]>,
1365         kept_count: usize,
1366     },
1367 }
1368
1369 impl<'p, 'tcx> Fields<'p, 'tcx> {
1370     fn empty() -> Self {
1371         Fields::Slice(&[])
1372     }
1373
1374     /// Construct a new `Fields` from the given pattern. Must not be used if the pattern is a field
1375     /// of a struct/tuple/variant.
1376     fn from_single_pattern(pat: &'p Pat<'tcx>) -> Self {
1377         Fields::Slice(std::slice::from_ref(pat))
1378     }
1379
1380     /// Convenience; internal use.
1381     fn wildcards_from_tys(
1382         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1383         tys: impl IntoIterator<Item = Ty<'tcx>>,
1384     ) -> Self {
1385         let wilds = tys.into_iter().map(Pat::wildcard_from_ty);
1386         let pats = cx.pattern_arena.alloc_from_iter(wilds);
1387         Fields::Slice(pats)
1388     }
1389
1390     /// Creates a new list of wildcard fields for a given constructor.
1391     fn wildcards(
1392         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1393         constructor: &Constructor<'tcx>,
1394         ty: Ty<'tcx>,
1395     ) -> Self {
1396         let wildcard_from_ty = |ty| &*cx.pattern_arena.alloc(Pat::wildcard_from_ty(ty));
1397
1398         let ret = match constructor {
1399             Single | Variant(_) => match ty.kind() {
1400                 ty::Tuple(ref fs) => {
1401                     Fields::wildcards_from_tys(cx, fs.into_iter().map(|ty| ty.expect_ty()))
1402                 }
1403                 ty::Ref(_, rty, _) => Fields::from_single_pattern(wildcard_from_ty(rty)),
1404                 ty::Adt(adt, substs) => {
1405                     if adt.is_box() {
1406                         // Use T as the sub pattern type of Box<T>.
1407                         Fields::from_single_pattern(wildcard_from_ty(substs.type_at(0)))
1408                     } else {
1409                         let variant = &adt.variants[constructor.variant_index_for_adt(adt)];
1410                         // Whether we must not match the fields of this variant exhaustively.
1411                         let is_non_exhaustive =
1412                             variant.is_field_list_non_exhaustive() && !adt.did.is_local();
1413                         let field_tys = variant.fields.iter().map(|field| field.ty(cx.tcx, substs));
1414                         // In the following cases, we don't need to filter out any fields. This is
1415                         // the vast majority of real cases, since uninhabited fields are uncommon.
1416                         let has_no_hidden_fields = (adt.is_enum() && !is_non_exhaustive)
1417                             || !field_tys.clone().any(|ty| cx.is_uninhabited(ty));
1418
1419                         if has_no_hidden_fields {
1420                             Fields::wildcards_from_tys(cx, field_tys)
1421                         } else {
1422                             let mut kept_count = 0;
1423                             let fields = variant
1424                                 .fields
1425                                 .iter()
1426                                 .map(|field| {
1427                                     let ty = field.ty(cx.tcx, substs);
1428                                     let is_visible = adt.is_enum()
1429                                         || field.vis.is_accessible_from(cx.module, cx.tcx);
1430                                     let is_uninhabited = cx.is_uninhabited(ty);
1431
1432                                     // In the cases of either a `#[non_exhaustive]` field list
1433                                     // or a non-public field, we hide uninhabited fields in
1434                                     // order not to reveal the uninhabitedness of the whole
1435                                     // variant.
1436                                     if is_uninhabited && (!is_visible || is_non_exhaustive) {
1437                                         FilteredField::Hidden(ty)
1438                                     } else {
1439                                         kept_count += 1;
1440                                         FilteredField::Kept(wildcard_from_ty(ty))
1441                                     }
1442                                 })
1443                                 .collect();
1444                             Fields::Filtered { fields, kept_count }
1445                         }
1446                     }
1447                 }
1448                 _ => Fields::empty(),
1449             },
1450             Slice(slice) => match *ty.kind() {
1451                 ty::Slice(ty) | ty::Array(ty, _) => {
1452                     let arity = slice.arity();
1453                     Fields::wildcards_from_tys(cx, (0..arity).map(|_| ty))
1454                 }
1455                 _ => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", constructor, ty),
1456             },
1457             Str(..) | FloatRange(..) | IntRange(..) | NonExhaustive | Opaque => Fields::empty(),
1458         };
1459         debug!("Fields::wildcards({:?}, {:?}) = {:#?}", constructor, ty, ret);
1460         ret
1461     }
1462
1463     /// Returns the number of patterns from the viewpoint of match-checking, i.e. excluding hidden
1464     /// fields. This is what we want in most cases in this file, the only exception being
1465     /// conversion to/from `Pat`.
1466     fn len(&self) -> usize {
1467         match self {
1468             Fields::Slice(pats) => pats.len(),
1469             Fields::Vec(pats) => pats.len(),
1470             Fields::Filtered { kept_count, .. } => *kept_count,
1471         }
1472     }
1473
1474     /// Returns the complete list of patterns, including hidden fields.
1475     fn all_patterns(self) -> impl Iterator<Item = Pat<'tcx>> {
1476         let pats: SmallVec<[_; 2]> = match self {
1477             Fields::Slice(pats) => pats.iter().cloned().collect(),
1478             Fields::Vec(pats) => pats.into_iter().cloned().collect(),
1479             Fields::Filtered { fields, .. } => {
1480                 // We don't skip any fields here.
1481                 fields.into_iter().map(|p| p.to_pattern()).collect()
1482             }
1483         };
1484         pats.into_iter()
1485     }
1486
1487     /// Overrides some of the fields with the provided patterns. Exactly like
1488     /// `replace_fields_indexed`, except that it takes `FieldPat`s as input.
1489     fn replace_with_fieldpats(
1490         &self,
1491         new_pats: impl IntoIterator<Item = &'p FieldPat<'tcx>>,
1492     ) -> Self {
1493         self.replace_fields_indexed(
1494             new_pats.into_iter().map(|pat| (pat.field.index(), &pat.pattern)),
1495         )
1496     }
1497
1498     /// Overrides some of the fields with the provided patterns. This is used when a pattern
1499     /// defines some fields but not all, for example `Foo { field1: Some(_), .. }`: here we start with a
1500     /// `Fields` that is just one wildcard per field of the `Foo` struct, and override the entry
1501     /// corresponding to `field1` with the pattern `Some(_)`. This is also used for slice patterns
1502     /// for the same reason.
1503     fn replace_fields_indexed(
1504         &self,
1505         new_pats: impl IntoIterator<Item = (usize, &'p Pat<'tcx>)>,
1506     ) -> Self {
1507         let mut fields = self.clone();
1508         if let Fields::Slice(pats) = fields {
1509             fields = Fields::Vec(pats.iter().collect());
1510         }
1511
1512         match &mut fields {
1513             Fields::Vec(pats) => {
1514                 for (i, pat) in new_pats {
1515                     pats[i] = pat
1516                 }
1517             }
1518             Fields::Filtered { fields, .. } => {
1519                 for (i, pat) in new_pats {
1520                     if let FilteredField::Kept(p) = &mut fields[i] {
1521                         *p = pat
1522                     }
1523                 }
1524             }
1525             Fields::Slice(_) => unreachable!(),
1526         }
1527         fields
1528     }
1529
1530     /// Replaces contained fields with the given filtered list of patterns, e.g. taken from the
1531     /// matrix. There must be `len()` patterns in `pats`.
1532     fn replace_fields(
1533         &self,
1534         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1535         pats: impl IntoIterator<Item = Pat<'tcx>>,
1536     ) -> Self {
1537         let pats: &[_] = cx.pattern_arena.alloc_from_iter(pats);
1538
1539         match self {
1540             Fields::Filtered { fields, kept_count } => {
1541                 let mut pats = pats.iter();
1542                 let mut fields = fields.clone();
1543                 for f in &mut fields {
1544                     if let FilteredField::Kept(p) = f {
1545                         // We take one input pattern for each `Kept` field, in order.
1546                         *p = pats.next().unwrap();
1547                     }
1548                 }
1549                 Fields::Filtered { fields, kept_count: *kept_count }
1550             }
1551             _ => Fields::Slice(pats),
1552         }
1553     }
1554
1555     /// Replaces contained fields with the arguments of the given pattern. Only use on a pattern
1556     /// that is compatible with the constructor used to build `self`.
1557     /// This is meant to be used on the result of `Fields::wildcards()`. The idea is that
1558     /// `wildcards` constructs a list of fields where all entries are wildcards, and the pattern
1559     /// provided to this function fills some of the fields with non-wildcards.
1560     /// In the following example `Fields::wildcards` would return `[_, _, _, _]`. If we call
1561     /// `replace_with_pattern_arguments` on it with the pattern, the result will be `[Some(0), _,
1562     /// _, _]`.
1563     /// ```rust
1564     /// let x: [Option<u8>; 4] = foo();
1565     /// match x {
1566     ///     [Some(0), ..] => {}
1567     /// }
1568     /// ```
1569     fn replace_with_pattern_arguments(&self, pat: &'p Pat<'tcx>) -> Self {
1570         match pat.kind.as_ref() {
1571             PatKind::Deref { subpattern } => Self::from_single_pattern(subpattern),
1572             PatKind::Leaf { subpatterns } | PatKind::Variant { subpatterns, .. } => {
1573                 self.replace_with_fieldpats(subpatterns)
1574             }
1575             PatKind::Array { prefix, suffix, .. } | PatKind::Slice { prefix, suffix, .. } => {
1576                 // Number of subpatterns for the constructor
1577                 let ctor_arity = self.len();
1578
1579                 // Replace the prefix and the suffix with the given patterns, leaving wildcards in
1580                 // the middle if there was a subslice pattern `..`.
1581                 let prefix = prefix.iter().enumerate();
1582                 let suffix =
1583                     suffix.iter().enumerate().map(|(i, p)| (ctor_arity - suffix.len() + i, p));
1584                 self.replace_fields_indexed(prefix.chain(suffix))
1585             }
1586             _ => self.clone(),
1587         }
1588     }
1589
1590     fn push_on_patstack(self, stack: &[&'p Pat<'tcx>]) -> PatStack<'p, 'tcx> {
1591         let pats: SmallVec<_> = match self {
1592             Fields::Slice(pats) => pats.iter().chain(stack.iter().copied()).collect(),
1593             Fields::Vec(mut pats) => {
1594                 pats.extend_from_slice(stack);
1595                 pats
1596             }
1597             Fields::Filtered { fields, .. } => {
1598                 // We skip hidden fields here
1599                 fields.into_iter().filter_map(|p| p.kept()).chain(stack.iter().copied()).collect()
1600             }
1601         };
1602         PatStack::from_vec(pats)
1603     }
1604 }
1605
1606 #[derive(Clone, Debug)]
1607 crate enum Usefulness<'tcx> {
1608     /// Carries a list of unreachable subpatterns. Used only in the presence of or-patterns.
1609     Useful(Vec<Span>),
1610     /// Carries a list of witnesses of non-exhaustiveness.
1611     UsefulWithWitness(Vec<Witness<'tcx>>),
1612     NotUseful,
1613 }
1614
1615 impl<'tcx> Usefulness<'tcx> {
1616     fn new_useful(preference: WitnessPreference) -> Self {
1617         match preference {
1618             ConstructWitness => UsefulWithWitness(vec![Witness(vec![])]),
1619             LeaveOutWitness => Useful(vec![]),
1620         }
1621     }
1622
1623     fn is_useful(&self) -> bool {
1624         match *self {
1625             NotUseful => false,
1626             _ => true,
1627         }
1628     }
1629
1630     fn apply_constructor<'p>(
1631         self,
1632         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1633         ctor: &Constructor<'tcx>,
1634         ty: Ty<'tcx>,
1635         ctor_wild_subpatterns: &Fields<'p, 'tcx>,
1636     ) -> Self {
1637         match self {
1638             UsefulWithWitness(witnesses) => UsefulWithWitness(
1639                 witnesses
1640                     .into_iter()
1641                     .map(|witness| witness.apply_constructor(cx, &ctor, ty, ctor_wild_subpatterns))
1642                     .collect(),
1643             ),
1644             x => x,
1645         }
1646     }
1647
1648     fn apply_wildcard(self, ty: Ty<'tcx>) -> Self {
1649         match self {
1650             UsefulWithWitness(witnesses) => {
1651                 let wild = Pat::wildcard_from_ty(ty);
1652                 UsefulWithWitness(
1653                     witnesses
1654                         .into_iter()
1655                         .map(|mut witness| {
1656                             witness.0.push(wild.clone());
1657                             witness
1658                         })
1659                         .collect(),
1660                 )
1661             }
1662             x => x,
1663         }
1664     }
1665
1666     fn apply_missing_ctors(
1667         self,
1668         cx: &MatchCheckCtxt<'_, 'tcx>,
1669         ty: Ty<'tcx>,
1670         missing_ctors: &MissingConstructors<'tcx>,
1671     ) -> Self {
1672         match self {
1673             UsefulWithWitness(witnesses) => {
1674                 let new_patterns: Vec<_> =
1675                     missing_ctors.iter().map(|ctor| ctor.apply_wildcards(cx, ty)).collect();
1676                 // Add the new patterns to each witness
1677                 UsefulWithWitness(
1678                     witnesses
1679                         .into_iter()
1680                         .flat_map(|witness| {
1681                             new_patterns.iter().map(move |pat| {
1682                                 let mut witness = witness.clone();
1683                                 witness.0.push(pat.clone());
1684                                 witness
1685                             })
1686                         })
1687                         .collect(),
1688                 )
1689             }
1690             x => x,
1691         }
1692     }
1693 }
1694
1695 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
1696 crate enum WitnessPreference {
1697     ConstructWitness,
1698     LeaveOutWitness,
1699 }
1700
1701 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
1702 struct PatCtxt<'tcx> {
1703     ty: Ty<'tcx>,
1704     span: Span,
1705 }
1706
1707 /// A witness of non-exhaustiveness for error reporting, represented
1708 /// as a list of patterns (in reverse order of construction) with
1709 /// wildcards inside to represent elements that can take any inhabitant
1710 /// of the type as a value.
1711 ///
1712 /// A witness against a list of patterns should have the same types
1713 /// and length as the pattern matched against. Because Rust `match`
1714 /// is always against a single pattern, at the end the witness will
1715 /// have length 1, but in the middle of the algorithm, it can contain
1716 /// multiple patterns.
1717 ///
1718 /// For example, if we are constructing a witness for the match against
1719 ///
1720 /// ```
1721 /// struct Pair(Option<(u32, u32)>, bool);
1722 ///
1723 /// match (p: Pair) {
1724 ///    Pair(None, _) => {}
1725 ///    Pair(_, false) => {}
1726 /// }
1727 /// ```
1728 ///
1729 /// We'll perform the following steps:
1730 /// 1. Start with an empty witness
1731 ///     `Witness(vec![])`
1732 /// 2. Push a witness `Some(_)` against the `None`
1733 ///     `Witness(vec![Some(_)])`
1734 /// 3. Push a witness `true` against the `false`
1735 ///     `Witness(vec![Some(_), true])`
1736 /// 4. Apply the `Pair` constructor to the witnesses
1737 ///     `Witness(vec![Pair(Some(_), true)])`
1738 ///
1739 /// The final `Pair(Some(_), true)` is then the resulting witness.
1740 #[derive(Clone, Debug)]
1741 crate struct Witness<'tcx>(Vec<Pat<'tcx>>);
1742
1743 impl<'tcx> Witness<'tcx> {
1744     crate fn single_pattern(self) -> Pat<'tcx> {
1745         assert_eq!(self.0.len(), 1);
1746         self.0.into_iter().next().unwrap()
1747     }
1748
1749     /// Constructs a partial witness for a pattern given a list of
1750     /// patterns expanded by the specialization step.
1751     ///
1752     /// When a pattern P is discovered to be useful, this function is used bottom-up
1753     /// to reconstruct a complete witness, e.g., a pattern P' that covers a subset
1754     /// of values, V, where each value in that set is not covered by any previously
1755     /// used patterns and is covered by the pattern P'. Examples:
1756     ///
1757     /// left_ty: tuple of 3 elements
1758     /// pats: [10, 20, _]           => (10, 20, _)
1759     ///
1760     /// left_ty: struct X { a: (bool, &'static str), b: usize}
1761     /// pats: [(false, "foo"), 42]  => X { a: (false, "foo"), b: 42 }
1762     fn apply_constructor<'p>(
1763         mut self,
1764         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1765         ctor: &Constructor<'tcx>,
1766         ty: Ty<'tcx>,
1767         ctor_wild_subpatterns: &Fields<'p, 'tcx>,
1768     ) -> Self {
1769         let pat = {
1770             let len = self.0.len();
1771             let arity = ctor_wild_subpatterns.len();
1772             let pats = self.0.drain((len - arity)..).rev();
1773             let fields = ctor_wild_subpatterns.replace_fields(cx, pats);
1774             ctor.apply(cx, ty, fields)
1775         };
1776
1777         self.0.push(pat);
1778
1779         self
1780     }
1781 }
1782
1783 /// This determines the set of all possible constructors of a pattern matching
1784 /// values of type `left_ty`. For vectors, this would normally be an infinite set
1785 /// but is instead bounded by the maximum fixed length of slice patterns in
1786 /// the column of patterns being analyzed.
1787 ///
1788 /// We make sure to omit constructors that are statically impossible. E.g., for
1789 /// `Option<!>`, we do not include `Some(_)` in the returned list of constructors.
1790 /// Invariant: this returns an empty `Vec` if and only if the type is uninhabited (as determined by
1791 /// `cx.is_uninhabited()`).
1792 fn all_constructors<'a, 'tcx>(
1793     cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1794     pcx: PatCtxt<'tcx>,
1795 ) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
1796     debug!("all_constructors({:?})", pcx.ty);
1797     let make_range = |start, end| {
1798         IntRange(
1799             // `unwrap()` is ok because we know the type is an integer.
1800             IntRange::from_range(cx.tcx, start, end, pcx.ty, &RangeEnd::Included, pcx.span)
1801                 .unwrap(),
1802         )
1803     };
1804     match *pcx.ty.kind() {
1805         ty::Bool => vec![make_range(0, 1)],
1806         ty::Array(ref sub_ty, len) if len.try_eval_usize(cx.tcx, cx.param_env).is_some() => {
1807             let len = len.eval_usize(cx.tcx, cx.param_env);
1808             if len != 0 && cx.is_uninhabited(sub_ty) {
1809                 vec![]
1810             } else {
1811                 vec![Slice(Slice { array_len: Some(len), kind: VarLen(0, 0) })]
1812             }
1813         }
1814         // Treat arrays of a constant but unknown length like slices.
1815         ty::Array(ref sub_ty, _) | ty::Slice(ref sub_ty) => {
1816             let kind = if cx.is_uninhabited(sub_ty) { FixedLen(0) } else { VarLen(0, 0) };
1817             vec![Slice(Slice { array_len: None, kind })]
1818         }
1819         ty::Adt(def, substs) if def.is_enum() => {
1820             let ctors: Vec<_> = if cx.tcx.features().exhaustive_patterns {
1821                 // If `exhaustive_patterns` is enabled, we exclude variants known to be
1822                 // uninhabited.
1823                 def.variants
1824                     .iter()
1825                     .filter(|v| {
1826                         !v.uninhabited_from(cx.tcx, substs, def.adt_kind(), cx.param_env)
1827                             .contains(cx.tcx, cx.module)
1828                     })
1829                     .map(|v| Variant(v.def_id))
1830                     .collect()
1831             } else {
1832                 def.variants.iter().map(|v| Variant(v.def_id)).collect()
1833             };
1834
1835             // If the enum is declared as `#[non_exhaustive]`, we treat it as if it had an
1836             // additional "unknown" constructor.
1837             // There is no point in enumerating all possible variants, because the user can't
1838             // actually match against them all themselves. So we always return only the fictitious
1839             // constructor.
1840             // E.g., in an example like:
1841             //
1842             // ```
1843             //     let err: io::ErrorKind = ...;
1844             //     match err {
1845             //         io::ErrorKind::NotFound => {},
1846             //     }
1847             // ```
1848             //
1849             // we don't want to show every possible IO error, but instead have only `_` as the
1850             // witness.
1851             let is_declared_nonexhaustive = cx.is_foreign_non_exhaustive_enum(pcx.ty);
1852
1853             // If `exhaustive_patterns` is disabled and our scrutinee is an empty enum, we treat it
1854             // as though it had an "unknown" constructor to avoid exposing its emptyness. Note that
1855             // an empty match will still be considered exhaustive because that case is handled
1856             // separately in `check_match`.
1857             let is_secretly_empty =
1858                 def.variants.is_empty() && !cx.tcx.features().exhaustive_patterns;
1859
1860             if is_secretly_empty || is_declared_nonexhaustive { vec![NonExhaustive] } else { ctors }
1861         }
1862         ty::Char => {
1863             vec![
1864                 // The valid Unicode Scalar Value ranges.
1865                 make_range('\u{0000}' as u128, '\u{D7FF}' as u128),
1866                 make_range('\u{E000}' as u128, '\u{10FFFF}' as u128),
1867             ]
1868         }
1869         ty::Int(_) | ty::Uint(_)
1870             if pcx.ty.is_ptr_sized_integral()
1871                 && !cx.tcx.features().precise_pointer_size_matching =>
1872         {
1873             // `usize`/`isize` are not allowed to be matched exhaustively unless the
1874             // `precise_pointer_size_matching` feature is enabled. So we treat those types like
1875             // `#[non_exhaustive]` enums by returning a special unmatcheable constructor.
1876             vec![NonExhaustive]
1877         }
1878         ty::Int(ity) => {
1879             let bits = Integer::from_attr(&cx.tcx, SignedInt(ity)).size().bits() as u128;
1880             let min = 1u128 << (bits - 1);
1881             let max = min - 1;
1882             vec![make_range(min, max)]
1883         }
1884         ty::Uint(uty) => {
1885             let size = Integer::from_attr(&cx.tcx, UnsignedInt(uty)).size();
1886             let max = truncate(u128::MAX, size);
1887             vec![make_range(0, max)]
1888         }
1889         _ => {
1890             if cx.is_uninhabited(pcx.ty) {
1891                 vec![]
1892             } else {
1893                 vec![Single]
1894             }
1895         }
1896     }
1897 }
1898
1899 /// An inclusive interval, used for precise integer exhaustiveness checking.
1900 /// `IntRange`s always store a contiguous range. This means that values are
1901 /// encoded such that `0` encodes the minimum value for the integer,
1902 /// regardless of the signedness.
1903 /// For example, the pattern `-128..=127i8` is encoded as `0..=255`.
1904 /// This makes comparisons and arithmetic on interval endpoints much more
1905 /// straightforward. See `signed_bias` for details.
1906 ///
1907 /// `IntRange` is never used to encode an empty range or a "range" that wraps
1908 /// around the (offset) space: i.e., `range.lo <= range.hi`.
1909 #[derive(Clone, Debug)]
1910 struct IntRange<'tcx> {
1911     range: RangeInclusive<u128>,
1912     ty: Ty<'tcx>,
1913     span: Span,
1914 }
1915
1916 impl<'tcx> IntRange<'tcx> {
1917     #[inline]
1918     fn is_integral(ty: Ty<'_>) -> bool {
1919         match ty.kind() {
1920             ty::Char | ty::Int(_) | ty::Uint(_) | ty::Bool => true,
1921             _ => false,
1922         }
1923     }
1924
1925     fn is_singleton(&self) -> bool {
1926         self.range.start() == self.range.end()
1927     }
1928
1929     fn boundaries(&self) -> (u128, u128) {
1930         (*self.range.start(), *self.range.end())
1931     }
1932
1933     /// Don't treat `usize`/`isize` exhaustively unless the `precise_pointer_size_matching` feature
1934     /// is enabled.
1935     fn treat_exhaustively(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>) -> bool {
1936         !self.ty.is_ptr_sized_integral() || tcx.features().precise_pointer_size_matching
1937     }
1938
1939     #[inline]
1940     fn integral_size_and_signed_bias(tcx: TyCtxt<'tcx>, ty: Ty<'_>) -> Option<(Size, u128)> {
1941         match *ty.kind() {
1942             ty::Bool => Some((Size::from_bytes(1), 0)),
1943             ty::Char => Some((Size::from_bytes(4), 0)),
1944             ty::Int(ity) => {
1945                 let size = Integer::from_attr(&tcx, SignedInt(ity)).size();
1946                 Some((size, 1u128 << (size.bits() as u128 - 1)))
1947             }
1948             ty::Uint(uty) => Some((Integer::from_attr(&tcx, UnsignedInt(uty)).size(), 0)),
1949             _ => None,
1950         }
1951     }
1952
1953     #[inline]
1954     fn from_const(
1955         tcx: TyCtxt<'tcx>,
1956         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1957         value: &Const<'tcx>,
1958         span: Span,
1959     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
1960         if let Some((target_size, bias)) = Self::integral_size_and_signed_bias(tcx, value.ty) {
1961             let ty = value.ty;
1962             let val = (|| {
1963                 if let ty::ConstKind::Value(ConstValue::Scalar(scalar)) = value.val {
1964                     // For this specific pattern we can skip a lot of effort and go
1965                     // straight to the result, after doing a bit of checking. (We
1966                     // could remove this branch and just fall through, which
1967                     // is more general but much slower.)
1968                     if let Ok(bits) = scalar.to_bits_or_ptr(target_size, &tcx) {
1969                         return Some(bits);
1970                     }
1971                 }
1972                 // This is a more general form of the previous case.
1973                 value.try_eval_bits(tcx, param_env, ty)
1974             })()?;
1975             let val = val ^ bias;
1976             Some(IntRange { range: val..=val, ty, span })
1977         } else {
1978             None
1979         }
1980     }
1981
1982     #[inline]
1983     fn from_range(
1984         tcx: TyCtxt<'tcx>,
1985         lo: u128,
1986         hi: u128,
1987         ty: Ty<'tcx>,
1988         end: &RangeEnd,
1989         span: Span,
1990     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
1991         if Self::is_integral(ty) {
1992             // Perform a shift if the underlying types are signed,
1993             // which makes the interval arithmetic simpler.
1994             let bias = IntRange::signed_bias(tcx, ty);
1995             let (lo, hi) = (lo ^ bias, hi ^ bias);
1996             let offset = (*end == RangeEnd::Excluded) as u128;
1997             if lo > hi || (lo == hi && *end == RangeEnd::Excluded) {
1998                 // This should have been caught earlier by E0030.
1999                 bug!("malformed range pattern: {}..={}", lo, (hi - offset));
2000             }
2001             Some(IntRange { range: lo..=(hi - offset), ty, span })
2002         } else {
2003             None
2004         }
2005     }
2006
2007     fn from_pat(
2008         tcx: TyCtxt<'tcx>,
2009         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
2010         pat: &Pat<'tcx>,
2011     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
2012         // This MUST be kept in sync with `pat_constructor`.
2013         match *pat.kind {
2014             PatKind::AscribeUserType { .. } => bug!(), // Handled by `expand_pattern`
2015             PatKind::Or { .. } => bug!("Or-pattern should have been expanded earlier on."),
2016
2017             PatKind::Binding { .. }
2018             | PatKind::Wild
2019             | PatKind::Leaf { .. }
2020             | PatKind::Deref { .. }
2021             | PatKind::Variant { .. }
2022             | PatKind::Array { .. }
2023             | PatKind::Slice { .. } => None,
2024
2025             PatKind::Constant { value } => Self::from_const(tcx, param_env, value, pat.span),
2026
2027             PatKind::Range(PatRange { lo, hi, end }) => {
2028                 let ty = lo.ty;
2029                 Self::from_range(
2030                     tcx,
2031                     lo.eval_bits(tcx, param_env, lo.ty),
2032                     hi.eval_bits(tcx, param_env, hi.ty),
2033                     ty,
2034                     &end,
2035                     pat.span,
2036                 )
2037             }
2038         }
2039     }
2040
2041     // The return value of `signed_bias` should be XORed with an endpoint to encode/decode it.
2042     fn signed_bias(tcx: TyCtxt<'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> u128 {
2043         match *ty.kind() {
2044             ty::Int(ity) => {
2045                 let bits = Integer::from_attr(&tcx, SignedInt(ity)).size().bits() as u128;
2046                 1u128 << (bits - 1)
2047             }
2048             _ => 0,
2049         }
2050     }
2051
2052     /// Returns a collection of ranges that spans the values covered by `ranges`, subtracted
2053     /// by the values covered by `self`: i.e., `ranges \ self` (in set notation).
2054     fn subtract_from(&self, ranges: Vec<IntRange<'tcx>>) -> Vec<IntRange<'tcx>> {
2055         let mut remaining_ranges = vec![];
2056         let ty = self.ty;
2057         let span = self.span;
2058         let (lo, hi) = self.boundaries();
2059         for subrange in ranges {
2060             let (subrange_lo, subrange_hi) = subrange.range.into_inner();
2061             if lo > subrange_hi || subrange_lo > hi {
2062                 // The pattern doesn't intersect with the subrange at all,
2063                 // so the subrange remains untouched.
2064                 remaining_ranges.push(IntRange { range: subrange_lo..=subrange_hi, ty, span });
2065             } else {
2066                 if lo > subrange_lo {
2067                     // The pattern intersects an upper section of the
2068                     // subrange, so a lower section will remain.
2069                     remaining_ranges.push(IntRange { range: subrange_lo..=(lo - 1), ty, span });
2070                 }
2071                 if hi < subrange_hi {
2072                     // The pattern intersects a lower section of the
2073                     // subrange, so an upper section will remain.
2074                     remaining_ranges.push(IntRange { range: (hi + 1)..=subrange_hi, ty, span });
2075                 }
2076             }
2077         }
2078         remaining_ranges
2079     }
2080
2081     fn is_subrange(&self, other: &Self) -> bool {
2082         other.range.start() <= self.range.start() && self.range.end() <= other.range.end()
2083     }
2084
2085     fn intersection(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>, other: &Self) -> Option<Self> {
2086         let ty = self.ty;
2087         let (lo, hi) = self.boundaries();
2088         let (other_lo, other_hi) = other.boundaries();
2089         if self.treat_exhaustively(tcx) {
2090             if lo <= other_hi && other_lo <= hi {
2091                 let span = other.span;
2092                 Some(IntRange { range: max(lo, other_lo)..=min(hi, other_hi), ty, span })
2093             } else {
2094                 None
2095             }
2096         } else {
2097             // If the range should not be treated exhaustively, fallback to checking for inclusion.
2098             if self.is_subrange(other) { Some(self.clone()) } else { None }
2099         }
2100     }
2101
2102     fn suspicious_intersection(&self, other: &Self) -> bool {
2103         // `false` in the following cases:
2104         // 1     ----      // 1  ----------   // 1 ----        // 1       ----
2105         // 2  ----------   // 2     ----      // 2       ----  // 2 ----
2106         //
2107         // The following are currently `false`, but could be `true` in the future (#64007):
2108         // 1 ---------       // 1     ---------
2109         // 2     ----------  // 2 ----------
2110         //
2111         // `true` in the following cases:
2112         // 1 -------          // 1       -------
2113         // 2       --------   // 2 -------
2114         let (lo, hi) = self.boundaries();
2115         let (other_lo, other_hi) = other.boundaries();
2116         lo == other_hi || hi == other_lo
2117     }
2118
2119     fn to_pat(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
2120         let (lo, hi) = self.boundaries();
2121
2122         let bias = IntRange::signed_bias(tcx, self.ty);
2123         let (lo, hi) = (lo ^ bias, hi ^ bias);
2124
2125         let ty = ty::ParamEnv::empty().and(self.ty);
2126         let lo_const = ty::Const::from_bits(tcx, lo, ty);
2127         let hi_const = ty::Const::from_bits(tcx, hi, ty);
2128
2129         let kind = if lo == hi {
2130             PatKind::Constant { value: lo_const }
2131         } else {
2132             PatKind::Range(PatRange { lo: lo_const, hi: hi_const, end: RangeEnd::Included })
2133         };
2134
2135         // This is a brand new pattern, so we don't reuse `self.span`.
2136         Pat { ty: self.ty, span: DUMMY_SP, kind: Box::new(kind) }
2137     }
2138
2139     /// For exhaustive integer matching, some constructors are grouped within other constructors
2140     /// (namely integer typed values are grouped within ranges). However, when specialising these
2141     /// constructors, we want to be specialising for the underlying constructors (the integers), not
2142     /// the groups (the ranges). Thus we need to split the groups up. Splitting them up naïvely would
2143     /// mean creating a separate constructor for every single value in the range, which is clearly
2144     /// impractical. However, observe that for some ranges of integers, the specialisation will be
2145     /// identical across all values in that range (i.e., there are equivalence classes of ranges of
2146     /// constructors based on their `U(S(c, P), S(c, p))` outcome). These classes are grouped by
2147     /// the patterns that apply to them (in the matrix `P`). We can split the range whenever the
2148     /// patterns that apply to that range (specifically: the patterns that *intersect* with that range)
2149     /// change.
2150     /// Our solution, therefore, is to split the range constructor into subranges at every single point
2151     /// the group of intersecting patterns changes (using the method described below).
2152     /// And voilà! We're testing precisely those ranges that we need to, without any exhaustive matching
2153     /// on actual integers. The nice thing about this is that the number of subranges is linear in the
2154     /// number of rows in the matrix (i.e., the number of cases in the `match` statement), so we don't
2155     /// need to be worried about matching over gargantuan ranges.
2156     ///
2157     /// Essentially, given the first column of a matrix representing ranges, looking like the following:
2158     ///
2159     /// |------|  |----------| |-------|    ||
2160     ///    |-------| |-------|            |----| ||
2161     ///       |---------|
2162     ///
2163     /// We split the ranges up into equivalence classes so the ranges are no longer overlapping:
2164     ///
2165     /// |--|--|||-||||--||---|||-------|  |-|||| ||
2166     ///
2167     /// The logic for determining how to split the ranges is fairly straightforward: we calculate
2168     /// boundaries for each interval range, sort them, then create constructors for each new interval
2169     /// between every pair of boundary points. (This essentially sums up to performing the intuitive
2170     /// merging operation depicted above.)
2171     fn split<'p>(
2172         self,
2173         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
2174         pcx: PatCtxt<'tcx>,
2175         matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
2176         hir_id: Option<HirId>,
2177     ) -> SmallVec<[Constructor<'tcx>; 1]> {
2178         let ty = pcx.ty;
2179
2180         /// Represents a border between 2 integers. Because the intervals spanning borders
2181         /// must be able to cover every integer, we need to be able to represent
2182         /// 2^128 + 1 such borders.
2183         #[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Debug)]
2184         enum Border {
2185             JustBefore(u128),
2186             AfterMax,
2187         }
2188
2189         // A function for extracting the borders of an integer interval.
2190         fn range_borders(r: IntRange<'_>) -> impl Iterator<Item = Border> {
2191             let (lo, hi) = r.range.into_inner();
2192             let from = Border::JustBefore(lo);
2193             let to = match hi.checked_add(1) {
2194                 Some(m) => Border::JustBefore(m),
2195                 None => Border::AfterMax,
2196             };
2197             vec![from, to].into_iter()
2198         }
2199
2200         // Collect the span and range of all the intersecting ranges to lint on likely
2201         // incorrect range patterns. (#63987)
2202         let mut overlaps = vec![];
2203         // `borders` is the set of borders between equivalence classes: each equivalence
2204         // class lies between 2 borders.
2205         let row_borders = matrix
2206             .patterns
2207             .iter()
2208             .flat_map(|row| {
2209                 IntRange::from_pat(cx.tcx, cx.param_env, row.head()).map(|r| (r, row.len()))
2210             })
2211             .flat_map(|(range, row_len)| {
2212                 let intersection = self.intersection(cx.tcx, &range);
2213                 let should_lint = self.suspicious_intersection(&range);
2214                 if let (Some(range), 1, true) = (&intersection, row_len, should_lint) {
2215                     // FIXME: for now, only check for overlapping ranges on simple range
2216                     // patterns. Otherwise with the current logic the following is detected
2217                     // as overlapping:
2218                     //   match (10u8, true) {
2219                     //    (0 ..= 125, false) => {}
2220                     //    (126 ..= 255, false) => {}
2221                     //    (0 ..= 255, true) => {}
2222                     //  }
2223                     overlaps.push(range.clone());
2224                 }
2225                 intersection
2226             })
2227             .flat_map(range_borders);
2228         let self_borders = range_borders(self.clone());
2229         let mut borders: Vec<_> = row_borders.chain(self_borders).collect();
2230         borders.sort_unstable();
2231
2232         self.lint_overlapping_patterns(cx.tcx, hir_id, ty, overlaps);
2233
2234         // We're going to iterate through every adjacent pair of borders, making sure that
2235         // each represents an interval of nonnegative length, and convert each such
2236         // interval into a constructor.
2237         borders
2238             .array_windows()
2239             .filter_map(|&pair| match pair {
2240                 [Border::JustBefore(n), Border::JustBefore(m)] => {
2241                     if n < m {
2242                         Some(n..=(m - 1))
2243                     } else {
2244                         None
2245                     }
2246                 }
2247                 [Border::JustBefore(n), Border::AfterMax] => Some(n..=u128::MAX),
2248                 [Border::AfterMax, _] => None,
2249             })
2250             .map(|range| IntRange { range, ty, span: pcx.span })
2251             .map(IntRange)
2252             .collect()
2253     }
2254
2255     fn lint_overlapping_patterns(
2256         self,
2257         tcx: TyCtxt<'tcx>,
2258         hir_id: Option<HirId>,
2259         ty: Ty<'tcx>,
2260         overlaps: Vec<IntRange<'tcx>>,
2261     ) {
2262         if let (true, Some(hir_id)) = (!overlaps.is_empty(), hir_id) {
2263             tcx.struct_span_lint_hir(
2264                 lint::builtin::OVERLAPPING_PATTERNS,
2265                 hir_id,
2266                 self.span,
2267                 |lint| {
2268                     let mut err = lint.build("multiple patterns covering the same range");
2269                     err.span_label(self.span, "overlapping patterns");
2270                     for int_range in overlaps {
2271                         // Use the real type for user display of the ranges:
2272                         err.span_label(
2273                             int_range.span,
2274                             &format!(
2275                                 "this range overlaps on `{}`",
2276                                 IntRange { range: int_range.range, ty, span: DUMMY_SP }.to_pat(tcx),
2277                             ),
2278                         );
2279                     }
2280                     err.emit();
2281                 },
2282             );
2283         }
2284     }
2285 }
2286
2287 /// Ignore spans when comparing, they don't carry semantic information as they are only for lints.
2288 impl<'tcx> std::cmp::PartialEq for IntRange<'tcx> {
2289     fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
2290         self.range == other.range && self.ty == other.ty
2291     }
2292 }
2293
2294 // A struct to compute a set of constructors equivalent to `all_ctors \ used_ctors`.
2295 struct MissingConstructors<'tcx> {
2296     all_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>,
2297     used_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>,
2298 }
2299
2300 impl<'tcx> MissingConstructors<'tcx> {
2301     fn new(all_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>, used_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>) -> Self {
2302         MissingConstructors { all_ctors, used_ctors }
2303     }
2304
2305     fn into_inner(self) -> (Vec<Constructor<'tcx>>, Vec<Constructor<'tcx>>) {
2306         (self.all_ctors, self.used_ctors)
2307     }
2308
2309     fn is_empty(&self) -> bool {
2310         self.iter().next().is_none()
2311     }
2312     /// Whether this contains all the constructors for the given type or only a
2313     /// subset.
2314     fn all_ctors_are_missing(&self) -> bool {
2315         self.used_ctors.is_empty()
2316     }
2317
2318     /// Iterate over all_ctors \ used_ctors
2319     fn iter<'a>(&'a self) -> impl Iterator<Item = Constructor<'tcx>> + Captures<'a> {
2320         self.all_ctors.iter().flat_map(move |req_ctor| req_ctor.subtract_ctors(&self.used_ctors))
2321     }
2322 }
2323
2324 impl<'tcx> fmt::Debug for MissingConstructors<'tcx> {
2325     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
2326         let ctors: Vec<_> = self.iter().collect();
2327         write!(f, "{:?}", ctors)
2328     }
2329 }
2330
2331 /// Algorithm from http://moscova.inria.fr/~maranget/papers/warn/index.html.
2332 /// The algorithm from the paper has been modified to correctly handle empty
2333 /// types. The changes are:
2334 ///   (0) We don't exit early if the pattern matrix has zero rows. We just
2335 ///       continue to recurse over columns.
2336 ///   (1) all_constructors will only return constructors that are statically
2337 ///       possible. E.g., it will only return `Ok` for `Result<T, !>`.
2338 ///
2339 /// This finds whether a (row) vector `v` of patterns is 'useful' in relation
2340 /// to a set of such vectors `m` - this is defined as there being a set of
2341 /// inputs that will match `v` but not any of the sets in `m`.
2342 ///
2343 /// All the patterns at each column of the `matrix ++ v` matrix must have the same type.
2344 ///
2345 /// This is used both for reachability checking (if a pattern isn't useful in
2346 /// relation to preceding patterns, it is not reachable) and exhaustiveness
2347 /// checking (if a wildcard pattern is useful in relation to a matrix, the
2348 /// matrix isn't exhaustive).
2349 ///
2350 /// `is_under_guard` is used to inform if the pattern has a guard. If it
2351 /// has one it must not be inserted into the matrix. This shouldn't be
2352 /// relied on for soundness.
2353 crate fn is_useful<'p, 'tcx>(
2354     cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
2355     matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
2356     v: &PatStack<'p, 'tcx>,
2357     witness_preference: WitnessPreference,
2358     hir_id: HirId,
2359     is_under_guard: bool,
2360     is_top_level: bool,
2361 ) -> Usefulness<'tcx> {
2362     let Matrix { patterns: rows, .. } = matrix;
2363     debug!("is_useful({:#?}, {:#?})", matrix, v);
2364
2365     // The base case. We are pattern-matching on () and the return value is
2366     // based on whether our matrix has a row or not.
2367     // NOTE: This could potentially be optimized by checking rows.is_empty()
2368     // first and then, if v is non-empty, the return value is based on whether
2369     // the type of the tuple we're checking is inhabited or not.
2370     if v.is_empty() {
2371         return if rows.is_empty() {
2372             Usefulness::new_useful(witness_preference)
2373         } else {
2374             NotUseful
2375         };
2376     };
2377
2378     assert!(rows.iter().all(|r| r.len() == v.len()));
2379
2380     // If the first pattern is an or-pattern, expand it.
2381     if let Some(vs) = v.expand_or_pat() {
2382         // We need to push the already-seen patterns into the matrix in order to detect redundant
2383         // branches like `Some(_) | Some(0)`. We also keep track of the unreachable subpatterns.
2384         let mut matrix = matrix.clone();
2385         // `Vec` of all the unreachable branches of the current or-pattern.
2386         let mut unreachable_branches = Vec::new();
2387         // Subpatterns that are unreachable from all branches. E.g. in the following case, the last
2388         // `true` is unreachable only from one branch, so it is overall reachable.
2389         //
2390         // ```
2391         // match (true, true) {
2392         //     (true, true) => {}
2393         //     (false | true, false | true) => {}
2394         // }
2395         // ```
2396         let mut unreachable_subpats = FxHashSet::default();
2397         // Whether any branch at all is useful.
2398         let mut any_is_useful = false;
2399
2400         for v in vs {
2401             let res = is_useful(cx, &matrix, &v, witness_preference, hir_id, is_under_guard, false);
2402             match res {
2403                 Useful(pats) => {
2404                     if !any_is_useful {
2405                         any_is_useful = true;
2406                         // Initialize with the first set of unreachable subpatterns encountered.
2407                         unreachable_subpats = pats.into_iter().collect();
2408                     } else {
2409                         // Keep the patterns unreachable from both this and previous branches.
2410                         unreachable_subpats =
2411                             pats.into_iter().filter(|p| unreachable_subpats.contains(p)).collect();
2412                     }
2413                 }
2414                 NotUseful => unreachable_branches.push(v.head().span),
2415                 UsefulWithWitness(_) => {
2416                     bug!("Encountered or-pat in `v` during exhaustiveness checking")
2417                 }
2418             }
2419             // If pattern has a guard don't add it to the matrix
2420             if !is_under_guard {
2421                 matrix.push(v);
2422             }
2423         }
2424         if any_is_useful {
2425             // Collect all the unreachable patterns.
2426             unreachable_branches.extend(unreachable_subpats);
2427             return Useful(unreachable_branches);
2428         } else {
2429             return NotUseful;
2430         }
2431     }
2432
2433     // FIXME(Nadrieril): Hack to work around type normalization issues (see #72476).
2434     let ty = matrix.heads().next().map(|r| r.ty).unwrap_or(v.head().ty);
2435     let pcx = PatCtxt { ty, span: v.head().span };
2436
2437     debug!("is_useful_expand_first_col: pcx={:#?}, expanding {:#?}", pcx, v.head());
2438
2439     let ret = if let Some(constructor) = pat_constructor(cx.tcx, cx.param_env, v.head()) {
2440         debug!("is_useful - expanding constructor: {:#?}", constructor);
2441         constructor
2442             .split(cx, pcx, matrix, Some(hir_id))
2443             .into_iter()
2444             .map(|c| {
2445                 is_useful_specialized(
2446                     cx,
2447                     matrix,
2448                     v,
2449                     c,
2450                     pcx.ty,
2451                     witness_preference,
2452                     hir_id,
2453                     is_under_guard,
2454                 )
2455             })
2456             .find(|result| result.is_useful())
2457             .unwrap_or(NotUseful)
2458     } else {
2459         debug!("is_useful - expanding wildcard");
2460
2461         let used_ctors: Vec<Constructor<'_>> =
2462             matrix.heads().filter_map(|p| pat_constructor(cx.tcx, cx.param_env, p)).collect();
2463         debug!("is_useful_used_ctors = {:#?}", used_ctors);
2464         // `all_ctors` are all the constructors for the given type, which
2465         // should all be represented (or caught with the wild pattern `_`).
2466         let all_ctors = all_constructors(cx, pcx);
2467         debug!("is_useful_all_ctors = {:#?}", all_ctors);
2468
2469         // `missing_ctors` is the set of constructors from the same type as the
2470         // first column of `matrix` that are matched only by wildcard patterns
2471         // from the first column.
2472         //
2473         // Therefore, if there is some pattern that is unmatched by `matrix`,
2474         // it will still be unmatched if the first constructor is replaced by
2475         // any of the constructors in `missing_ctors`
2476
2477         // Missing constructors are those that are not matched by any non-wildcard patterns in the
2478         // current column. We only fully construct them on-demand, because they're rarely used and
2479         // can be big.
2480         let missing_ctors = MissingConstructors::new(all_ctors, used_ctors);
2481
2482         debug!("is_useful_missing_ctors.empty()={:#?}", missing_ctors.is_empty(),);
2483
2484         if missing_ctors.is_empty() {
2485             let (all_ctors, _) = missing_ctors.into_inner();
2486             all_ctors
2487                 .into_iter()
2488                 .flat_map(|ctor| ctor.split(cx, pcx, matrix, None))
2489                 .map(|c| {
2490                     is_useful_specialized(
2491                         cx,
2492                         matrix,
2493                         v,
2494                         c,
2495                         pcx.ty,
2496                         witness_preference,
2497                         hir_id,
2498                         is_under_guard,
2499                     )
2500                 })
2501                 .find(|result| result.is_useful())
2502                 .unwrap_or(NotUseful)
2503         } else {
2504             let matrix = matrix.specialize_wildcard();
2505             let v = v.to_tail();
2506             let usefulness =
2507                 is_useful(cx, &matrix, &v, witness_preference, hir_id, is_under_guard, false);
2508
2509             // In this case, there's at least one "free"
2510             // constructor that is only matched against by
2511             // wildcard patterns.
2512             //
2513             // There are 2 ways we can report a witness here.
2514             // Commonly, we can report all the "free"
2515             // constructors as witnesses, e.g., if we have:
2516             //
2517             // ```
2518             //     enum Direction { N, S, E, W }
2519             //     let Direction::N = ...;
2520             // ```
2521             //
2522             // we can report 3 witnesses: `S`, `E`, and `W`.
2523             //
2524             // However, there is a case where we don't want
2525             // to do this and instead report a single `_` witness:
2526             // if the user didn't actually specify a constructor
2527             // in this arm, e.g., in
2528             //
2529             // ```
2530             //     let x: (Direction, Direction, bool) = ...;
2531             //     let (_, _, false) = x;
2532             // ```
2533             //
2534             // we don't want to show all 16 possible witnesses
2535             // `(<direction-1>, <direction-2>, true)` - we are
2536             // satisfied with `(_, _, true)`. In this case,
2537             // `used_ctors` is empty.
2538             // The exception is: if we are at the top-level, for example in an empty match, we
2539             // sometimes prefer reporting the list of constructors instead of just `_`.
2540             let report_ctors_rather_than_wildcard = is_top_level && !IntRange::is_integral(pcx.ty);
2541             if missing_ctors.all_ctors_are_missing() && !report_ctors_rather_than_wildcard {
2542                 // All constructors are unused. Add a wild pattern
2543                 // rather than each individual constructor.
2544                 usefulness.apply_wildcard(pcx.ty)
2545             } else {
2546                 // Construct for each missing constructor a "wild" version of this
2547                 // constructor, that matches everything that can be built with
2548                 // it. For example, if `ctor` is a `Constructor::Variant` for
2549                 // `Option::Some`, we get the pattern `Some(_)`.
2550                 usefulness.apply_missing_ctors(cx, pcx.ty, &missing_ctors)
2551             }
2552         }
2553     };
2554     debug!("is_useful::returns({:#?}, {:#?}) = {:?}", matrix, v, ret);
2555     ret
2556 }
2557
2558 /// A shorthand for the `U(S(c, P), S(c, q))` operation from the paper. I.e., `is_useful` applied
2559 /// to the specialised version of both the pattern matrix `P` and the new pattern `q`.
2560 fn is_useful_specialized<'p, 'tcx>(
2561     cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
2562     matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
2563     v: &PatStack<'p, 'tcx>,
2564     ctor: Constructor<'tcx>,
2565     ty: Ty<'tcx>,
2566     witness_preference: WitnessPreference,
2567     hir_id: HirId,
2568     is_under_guard: bool,
2569 ) -> Usefulness<'tcx> {
2570     debug!("is_useful_specialized({:#?}, {:#?}, {:?})", v, ctor, ty);
2571
2572     // We cache the result of `Fields::wildcards` because it is used a lot.
2573     let ctor_wild_subpatterns = Fields::wildcards(cx, &ctor, ty);
2574     let matrix = matrix.specialize_constructor(cx, &ctor, &ctor_wild_subpatterns);
2575     v.specialize_constructor(cx, &ctor, &ctor_wild_subpatterns, true)
2576         .map(|v| is_useful(cx, &matrix, &v, witness_preference, hir_id, is_under_guard, false))
2577         .map(|u| u.apply_constructor(cx, &ctor, ty, &ctor_wild_subpatterns))
2578         .unwrap_or(NotUseful)
2579 }
2580
2581 /// Determines the constructor that the given pattern can be specialized to.
2582 /// Returns `None` in case of a catch-all, which can't be specialized.
2583 fn pat_constructor<'tcx>(
2584     tcx: TyCtxt<'tcx>,
2585     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
2586     pat: &Pat<'tcx>,
2587 ) -> Option<Constructor<'tcx>> {
2588     // This MUST be kept in sync with `IntRange::from_pat`.
2589     match *pat.kind {
2590         PatKind::AscribeUserType { .. } => bug!(), // Handled by `expand_pattern`
2591         PatKind::Binding { .. } | PatKind::Wild => None,
2592         PatKind::Leaf { .. } | PatKind::Deref { .. } => Some(Single),
2593         PatKind::Variant { adt_def, variant_index, .. } => {
2594             Some(Variant(adt_def.variants[variant_index].def_id))
2595         }
2596         PatKind::Constant { value } => {
2597             if let Some(int_range) = IntRange::from_const(tcx, param_env, value, pat.span) {
2598                 Some(IntRange(int_range))
2599             } else {
2600                 match value.ty.kind() {
2601                     ty::Float(_) => Some(FloatRange(value, value, RangeEnd::Included)),
2602                     ty::Ref(_, t, _) if t.is_str() => Some(Str(value)),
2603                     // All constants that can be structurally matched have already been expanded
2604                     // into the corresponding `Pat`s by `const_to_pat`. Constants that remain are
2605                     // opaque.
2606                     _ => Some(Opaque),
2607                 }
2608             }
2609         }
2610         PatKind::Range(PatRange { lo, hi, end }) => {
2611             let ty = lo.ty;
2612             if let Some(int_range) = IntRange::from_range(
2613                 tcx,
2614                 lo.eval_bits(tcx, param_env, lo.ty),
2615                 hi.eval_bits(tcx, param_env, hi.ty),
2616                 ty,
2617                 &end,
2618                 pat.span,
2619             ) {
2620                 Some(IntRange(int_range))
2621             } else {
2622                 Some(FloatRange(lo, hi, end))
2623             }
2624         }
2625         PatKind::Array { ref prefix, ref slice, ref suffix }
2626         | PatKind::Slice { ref prefix, ref slice, ref suffix } => {
2627             let array_len = match pat.ty.kind() {
2628                 ty::Array(_, length) => Some(length.eval_usize(tcx, param_env)),
2629                 ty::Slice(_) => None,
2630                 _ => span_bug!(pat.span, "bad ty {:?} for slice pattern", pat.ty),
2631             };
2632             let prefix = prefix.len() as u64;
2633             let suffix = suffix.len() as u64;
2634             let kind =
2635                 if slice.is_some() { VarLen(prefix, suffix) } else { FixedLen(prefix + suffix) };
2636             Some(Slice(Slice { array_len, kind }))
2637         }
2638         PatKind::Or { .. } => bug!("Or-pattern should have been expanded earlier on."),
2639     }
2640 }