]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - compiler/rustc_mir_build/src/thir/pattern/_match.rs
Clarify specialization into two steps
[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     fn specialize_constructor(
411         &self,
412         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
413         constructor: &Constructor<'tcx>,
414         ctor_wild_subpatterns: &Fields<'p, 'tcx>,
415         is_my_head_ctor: bool,
416     ) -> Option<PatStack<'p, 'tcx>> {
417         let new_fields = specialize_one_pattern(
418             cx,
419             self.head(),
420             constructor,
421             ctor_wild_subpatterns,
422             is_my_head_ctor,
423         )?;
424         Some(new_fields.push_on_patstack(&self.0[1..]))
425     }
426 }
427
428 impl<'p, 'tcx> Default for PatStack<'p, 'tcx> {
429     fn default() -> Self {
430         PatStack(smallvec![])
431     }
432 }
433
434 impl<'p, 'tcx> FromIterator<&'p Pat<'tcx>> for PatStack<'p, 'tcx> {
435     fn from_iter<T>(iter: T) -> Self
436     where
437         T: IntoIterator<Item = &'p Pat<'tcx>>,
438     {
439         PatStack(iter.into_iter().collect())
440     }
441 }
442
443 /// Depending on the match patterns, the specialization process might be able to use a fast path.
444 /// Tracks whether we can use the fast path and the lookup table needed in those cases.
445 #[derive(Clone, Debug, PartialEq)]
446 enum SpecializationCache {
447     /// Patterns consist of only enum variants.
448     /// Variant patterns does not intersect with each other (in contrast to range patterns),
449     /// so it is possible to precompute the result of `Matrix::specialize_constructor` at a
450     /// lower computational complexity.
451     /// `lookup` is responsible for holding the precomputed result of
452     /// `Matrix::specialize_constructor`, while `wilds` is used for two purposes: the first one is
453     /// the precomputed result of `Matrix::specialize_wildcard`, and the second is to be used as a
454     /// fallback for `Matrix::specialize_constructor` when it tries to apply a constructor that
455     /// has not been seen in the `Matrix`. See `update_cache` for further explanations.
456     Variants { lookup: FxHashMap<DefId, SmallVec<[usize; 1]>>, wilds: SmallVec<[usize; 1]> },
457     /// Does not belong to the cases above, use the slow path.
458     Incompatible,
459 }
460
461 /// A 2D matrix.
462 #[derive(Clone, PartialEq)]
463 crate struct Matrix<'p, 'tcx> {
464     patterns: Vec<PatStack<'p, 'tcx>>,
465     cache: SpecializationCache,
466 }
467
468 impl<'p, 'tcx> Matrix<'p, 'tcx> {
469     crate fn empty() -> Self {
470         // Use `SpecializationCache::Incompatible` as a placeholder; we will initialize it on the
471         // first call to `push`. See the first half of `update_cache`.
472         Matrix { patterns: vec![], cache: SpecializationCache::Incompatible }
473     }
474
475     /// Pushes a new row to the matrix. If the row starts with an or-pattern, this expands it.
476     crate fn push(&mut self, row: PatStack<'p, 'tcx>) {
477         if let Some(rows) = row.expand_or_pat() {
478             for row in rows {
479                 // We recursively expand the or-patterns of the new rows.
480                 // This is necessary as we might have `0 | (1 | 2)` or e.g., `x @ 0 | x @ (1 | 2)`.
481                 self.push(row)
482             }
483         } else {
484             self.patterns.push(row);
485             self.update_cache(self.patterns.len() - 1);
486         }
487     }
488
489     fn update_cache(&mut self, idx: usize) {
490         let row = &self.patterns[idx];
491         // We don't know which kind of cache could be used until we see the first row; therefore an
492         // empty `Matrix` is initialized with `SpecializationCache::Empty`, then the cache is
493         // assigned the appropriate variant below on the first call to `push`.
494         if self.patterns.is_empty() {
495             self.cache = if row.is_empty() {
496                 SpecializationCache::Incompatible
497             } else {
498                 match *row.head().kind {
499                     PatKind::Variant { .. } => SpecializationCache::Variants {
500                         lookup: FxHashMap::default(),
501                         wilds: SmallVec::new(),
502                     },
503                     // Note: If the first pattern is a wildcard, then all patterns after that is not
504                     // useful. The check is simple enough so we treat it as the same as unsupported
505                     // patterns.
506                     _ => SpecializationCache::Incompatible,
507                 }
508             };
509         }
510         // Update the cache.
511         match &mut self.cache {
512             SpecializationCache::Variants { ref mut lookup, ref mut wilds } => {
513                 let head = row.head();
514                 match *head.kind {
515                     _ if head.is_wildcard() => {
516                         // Per rule 1.3 in the top-level comments, a wildcard pattern is included in
517                         // the result of `specialize_constructor` for *any* `Constructor`.
518                         // We push the wildcard pattern to the precomputed result for constructors
519                         // that we have seen before; results for constructors we have not yet seen
520                         // defaults to `wilds`, which is updated right below.
521                         for (_, v) in lookup.iter_mut() {
522                             v.push(idx);
523                         }
524                         // Per rule 2.1 and 2.2 in the top-level comments, only wildcard patterns
525                         // are included in the result of `specialize_wildcard`.
526                         // What we do here is to track the wildcards we have seen; so in addition to
527                         // acting as the precomputed result of `specialize_wildcard`, `wilds` also
528                         // serves as the default value of `specialize_constructor` for constructors
529                         // that are not in `lookup`.
530                         wilds.push(idx);
531                     }
532                     PatKind::Variant { adt_def, variant_index, .. } => {
533                         // Handle the cases of rule 1.1 and 1.2 in the top-level comments.
534                         // A variant pattern can only be included in the results of
535                         // `specialize_constructor` for a particular constructor, therefore we are
536                         // using a HashMap to track that.
537                         lookup
538                             .entry(adt_def.variants[variant_index].def_id)
539                             // Default to `wilds` for absent keys. See above for an explanation.
540                             .or_insert_with(|| wilds.clone())
541                             .push(idx);
542                     }
543                     _ => {
544                         self.cache = SpecializationCache::Incompatible;
545                     }
546                 }
547             }
548             SpecializationCache::Incompatible => {}
549         }
550     }
551
552     /// Iterate over the first component of each row
553     fn heads<'a>(&'a self) -> impl Iterator<Item = &'a Pat<'tcx>> + Captures<'p> {
554         self.patterns.iter().map(|r| r.head())
555     }
556
557     /// This computes `D(self)`. See top of the file for explanations.
558     fn specialize_wildcard(&self) -> Self {
559         match &self.cache {
560             SpecializationCache::Variants { wilds, .. } => {
561                 let result =
562                     wilds.iter().filter_map(|&i| self.patterns[i].specialize_wildcard()).collect();
563                 // When debug assertions are enabled, check the results against the "slow path"
564                 // result.
565                 debug_assert_eq!(
566                     result,
567                     Self {
568                         patterns: self.patterns.clone(),
569                         cache: SpecializationCache::Incompatible
570                     }
571                     .specialize_wildcard()
572                 );
573                 result
574             }
575             SpecializationCache::Incompatible => {
576                 self.patterns.iter().filter_map(|r| r.specialize_wildcard()).collect()
577             }
578         }
579     }
580
581     /// This computes `S(constructor, self)`. See top of the file for explanations.
582     fn specialize_constructor(
583         &self,
584         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
585         constructor: &Constructor<'tcx>,
586         ctor_wild_subpatterns: &Fields<'p, 'tcx>,
587     ) -> Matrix<'p, 'tcx> {
588         match &self.cache {
589             SpecializationCache::Variants { lookup, wilds } => {
590                 let result: Self = if let Constructor::Variant(id) = constructor {
591                     lookup
592                         .get(id)
593                         // Default to `wilds` for absent keys. See `update_cache` for an explanation.
594                         .unwrap_or(&wilds)
595                         .iter()
596                         .filter_map(|&i| {
597                             self.patterns[i].specialize_constructor(
598                                 cx,
599                                 constructor,
600                                 ctor_wild_subpatterns,
601                                 false,
602                             )
603                         })
604                         .collect()
605                 } else {
606                     unreachable!()
607                 };
608                 // When debug assertions are enabled, check the results against the "slow path"
609                 // result.
610                 debug_assert_eq!(
611                     result,
612                     Matrix {
613                         patterns: self.patterns.clone(),
614                         cache: SpecializationCache::Incompatible
615                     }
616                     .specialize_constructor(
617                         cx,
618                         constructor,
619                         ctor_wild_subpatterns
620                     )
621                 );
622                 result
623             }
624             SpecializationCache::Incompatible => self
625                 .patterns
626                 .iter()
627                 .filter_map(|r| {
628                     r.specialize_constructor(cx, constructor, ctor_wild_subpatterns, false)
629                 })
630                 .collect(),
631         }
632     }
633 }
634
635 /// Pretty-printer for matrices of patterns, example:
636 ///
637 /// ```text
638 /// +++++++++++++++++++++++++++++
639 /// + _     + []                +
640 /// +++++++++++++++++++++++++++++
641 /// + true  + [First]           +
642 /// +++++++++++++++++++++++++++++
643 /// + true  + [Second(true)]    +
644 /// +++++++++++++++++++++++++++++
645 /// + false + [_]               +
646 /// +++++++++++++++++++++++++++++
647 /// + _     + [_, _, tail @ ..] +
648 /// +++++++++++++++++++++++++++++
649 /// ```
650 impl<'p, 'tcx> fmt::Debug for Matrix<'p, 'tcx> {
651     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
652         write!(f, "\n")?;
653
654         let Matrix { patterns: m, .. } = self;
655         let pretty_printed_matrix: Vec<Vec<String>> =
656             m.iter().map(|row| row.iter().map(|pat| format!("{:?}", pat)).collect()).collect();
657
658         let column_count = m.iter().map(|row| row.len()).max().unwrap_or(0);
659         assert!(m.iter().all(|row| row.len() == column_count));
660         let column_widths: Vec<usize> = (0..column_count)
661             .map(|col| pretty_printed_matrix.iter().map(|row| row[col].len()).max().unwrap_or(0))
662             .collect();
663
664         let total_width = column_widths.iter().cloned().sum::<usize>() + column_count * 3 + 1;
665         let br = "+".repeat(total_width);
666         write!(f, "{}\n", br)?;
667         for row in pretty_printed_matrix {
668             write!(f, "+")?;
669             for (column, pat_str) in row.into_iter().enumerate() {
670                 write!(f, " ")?;
671                 write!(f, "{:1$}", pat_str, column_widths[column])?;
672                 write!(f, " +")?;
673             }
674             write!(f, "\n")?;
675             write!(f, "{}\n", br)?;
676         }
677         Ok(())
678     }
679 }
680
681 impl<'p, 'tcx> FromIterator<PatStack<'p, 'tcx>> for Matrix<'p, 'tcx> {
682     fn from_iter<T>(iter: T) -> Self
683     where
684         T: IntoIterator<Item = PatStack<'p, 'tcx>>,
685     {
686         let mut matrix = Matrix::empty();
687         for x in iter {
688             // Using `push` ensures we correctly expand or-patterns.
689             matrix.push(x);
690         }
691         matrix
692     }
693 }
694
695 crate struct MatchCheckCtxt<'a, 'tcx> {
696     crate tcx: TyCtxt<'tcx>,
697     /// The module in which the match occurs. This is necessary for
698     /// checking inhabited-ness of types because whether a type is (visibly)
699     /// inhabited can depend on whether it was defined in the current module or
700     /// not. E.g., `struct Foo { _private: ! }` cannot be seen to be empty
701     /// outside it's module and should not be matchable with an empty match
702     /// statement.
703     crate module: DefId,
704     crate param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
705     crate pattern_arena: &'a TypedArena<Pat<'tcx>>,
706 }
707
708 impl<'a, 'tcx> MatchCheckCtxt<'a, 'tcx> {
709     fn is_uninhabited(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
710         if self.tcx.features().exhaustive_patterns {
711             self.tcx.is_ty_uninhabited_from(self.module, ty, self.param_env)
712         } else {
713             false
714         }
715     }
716
717     /// Returns whether the given type is an enum from another crate declared `#[non_exhaustive]`.
718     crate fn is_foreign_non_exhaustive_enum(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
719         match ty.kind() {
720             ty::Adt(def, ..) => {
721                 def.is_enum() && def.is_variant_list_non_exhaustive() && !def.did.is_local()
722             }
723             _ => false,
724         }
725     }
726 }
727
728 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq)]
729 enum SliceKind {
730     /// Patterns of length `n` (`[x, y]`).
731     FixedLen(u64),
732     /// Patterns using the `..` notation (`[x, .., y]`).
733     /// Captures any array constructor of `length >= i + j`.
734     /// In the case where `array_len` is `Some(_)`,
735     /// this indicates that we only care about the first `i` and the last `j` values of the array,
736     /// and everything in between is a wildcard `_`.
737     VarLen(u64, u64),
738 }
739
740 impl SliceKind {
741     fn arity(self) -> u64 {
742         match self {
743             FixedLen(length) => length,
744             VarLen(prefix, suffix) => prefix + suffix,
745         }
746     }
747
748     /// Whether this pattern includes patterns of length `other_len`.
749     fn covers_length(self, other_len: u64) -> bool {
750         match self {
751             FixedLen(len) => len == other_len,
752             VarLen(prefix, suffix) => prefix + suffix <= other_len,
753         }
754     }
755
756     /// Returns a collection of slices that spans the values covered by `self`, subtracted by the
757     /// values covered by `other`: i.e., `self \ other` (in set notation).
758     fn subtract(self, other: Self) -> SmallVec<[Self; 1]> {
759         // Remember, `VarLen(i, j)` covers the union of `FixedLen` from `i + j` to infinity.
760         // Naming: we remove the "neg" constructors from the "pos" ones.
761         match self {
762             FixedLen(pos_len) => {
763                 if other.covers_length(pos_len) {
764                     smallvec![]
765                 } else {
766                     smallvec![self]
767                 }
768             }
769             VarLen(pos_prefix, pos_suffix) => {
770                 let pos_len = pos_prefix + pos_suffix;
771                 match other {
772                     FixedLen(neg_len) => {
773                         if neg_len < pos_len {
774                             smallvec![self]
775                         } else {
776                             (pos_len..neg_len)
777                                 .map(FixedLen)
778                                 // We know that `neg_len + 1 >= pos_len >= pos_suffix`.
779                                 .chain(Some(VarLen(neg_len + 1 - pos_suffix, pos_suffix)))
780                                 .collect()
781                         }
782                     }
783                     VarLen(neg_prefix, neg_suffix) => {
784                         let neg_len = neg_prefix + neg_suffix;
785                         if neg_len <= pos_len {
786                             smallvec![]
787                         } else {
788                             (pos_len..neg_len).map(FixedLen).collect()
789                         }
790                     }
791                 }
792             }
793         }
794     }
795 }
796
797 /// A constructor for array and slice patterns.
798 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq)]
799 struct Slice {
800     /// `None` if the matched value is a slice, `Some(n)` if it is an array of size `n`.
801     array_len: Option<u64>,
802     /// The kind of pattern it is: fixed-length `[x, y]` or variable length `[x, .., y]`.
803     kind: SliceKind,
804 }
805
806 impl Slice {
807     /// Returns what patterns this constructor covers: either fixed-length patterns or
808     /// variable-length patterns.
809     fn pattern_kind(self) -> SliceKind {
810         match self {
811             Slice { array_len: Some(len), kind: VarLen(prefix, suffix) }
812                 if prefix + suffix == len =>
813             {
814                 FixedLen(len)
815             }
816             _ => self.kind,
817         }
818     }
819
820     /// Returns what values this constructor covers: either values of only one given length, or
821     /// values of length above a given length.
822     /// This is different from `pattern_kind()` because in some cases the pattern only takes into
823     /// account a subset of the entries of the array, but still only captures values of a given
824     /// length.
825     fn value_kind(self) -> SliceKind {
826         match self {
827             Slice { array_len: Some(len), kind: VarLen(_, _) } => FixedLen(len),
828             _ => self.kind,
829         }
830     }
831
832     fn arity(self) -> u64 {
833         self.pattern_kind().arity()
834     }
835
836     /// The exhaustiveness-checking paper does not include any details on
837     /// checking variable-length slice patterns. However, they are matched
838     /// by an infinite collection of fixed-length array patterns.
839     ///
840     /// Checking the infinite set directly would take an infinite amount
841     /// of time. However, it turns out that for each finite set of
842     /// patterns `P`, all sufficiently large array lengths are equivalent:
843     ///
844     /// Each slice `s` with a "sufficiently-large" length `l ≥ L` that applies
845     /// to exactly the subset `Pₜ` of `P` can be transformed to a slice
846     /// `sₘ` for each sufficiently-large length `m` that applies to exactly
847     /// the same subset of `P`.
848     ///
849     /// Because of that, each witness for reachability-checking from one
850     /// of the sufficiently-large lengths can be transformed to an
851     /// equally-valid witness from any other length, so we only have
852     /// to check slice lengths from the "minimal sufficiently-large length"
853     /// and below.
854     ///
855     /// Note that the fact that there is a *single* `sₘ` for each `m`
856     /// not depending on the specific pattern in `P` is important: if
857     /// you look at the pair of patterns
858     ///     `[true, ..]`
859     ///     `[.., false]`
860     /// Then any slice of length ≥1 that matches one of these two
861     /// patterns can be trivially turned to a slice of any
862     /// other length ≥1 that matches them and vice-versa - for
863     /// but the slice from length 2 `[false, true]` that matches neither
864     /// of these patterns can't be turned to a slice from length 1 that
865     /// matches neither of these patterns, so we have to consider
866     /// slices from length 2 there.
867     ///
868     /// Now, to see that that length exists and find it, observe that slice
869     /// patterns are either "fixed-length" patterns (`[_, _, _]`) or
870     /// "variable-length" patterns (`[_, .., _]`).
871     ///
872     /// For fixed-length patterns, all slices with lengths *longer* than
873     /// the pattern's length have the same outcome (of not matching), so
874     /// as long as `L` is greater than the pattern's length we can pick
875     /// any `sₘ` from that length and get the same result.
876     ///
877     /// For variable-length patterns, the situation is more complicated,
878     /// because as seen above the precise value of `sₘ` matters.
879     ///
880     /// However, for each variable-length pattern `p` with a prefix of length
881     /// `plₚ` and suffix of length `slₚ`, only the first `plₚ` and the last
882     /// `slₚ` elements are examined.
883     ///
884     /// Therefore, as long as `L` is positive (to avoid concerns about empty
885     /// types), all elements after the maximum prefix length and before
886     /// the maximum suffix length are not examined by any variable-length
887     /// pattern, and therefore can be added/removed without affecting
888     /// them - creating equivalent patterns from any sufficiently-large
889     /// length.
890     ///
891     /// Of course, if fixed-length patterns exist, we must be sure
892     /// that our length is large enough to miss them all, so
893     /// we can pick `L = max(max(FIXED_LEN)+1, max(PREFIX_LEN) + max(SUFFIX_LEN))`
894     ///
895     /// for example, with the above pair of patterns, all elements
896     /// but the first and last can be added/removed, so any
897     /// witness of length ≥2 (say, `[false, false, true]`) can be
898     /// turned to a witness from any other length ≥2.
899     fn split<'p, 'tcx>(
900         self,
901         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
902         matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
903     ) -> SmallVec<[Constructor<'tcx>; 1]> {
904         let (array_len, self_prefix, self_suffix) = match self {
905             Slice { array_len, kind: VarLen(self_prefix, self_suffix) } => {
906                 (array_len, self_prefix, self_suffix)
907             }
908             _ => return smallvec![Slice(self)],
909         };
910
911         let head_ctors =
912             matrix.heads().filter_map(|pat| pat_constructor(cx.tcx, cx.param_env, pat));
913
914         let mut max_prefix_len = self_prefix;
915         let mut max_suffix_len = self_suffix;
916         let mut max_fixed_len = 0;
917
918         for ctor in head_ctors {
919             if let Slice(slice) = ctor {
920                 match slice.pattern_kind() {
921                     FixedLen(len) => {
922                         max_fixed_len = cmp::max(max_fixed_len, len);
923                     }
924                     VarLen(prefix, suffix) => {
925                         max_prefix_len = cmp::max(max_prefix_len, prefix);
926                         max_suffix_len = cmp::max(max_suffix_len, suffix);
927                     }
928                 }
929             }
930         }
931
932         // For diagnostics, we keep the prefix and suffix lengths separate, so in the case
933         // where `max_fixed_len + 1` is the largest, we adapt `max_prefix_len` accordingly,
934         // so that `L = max_prefix_len + max_suffix_len`.
935         if max_fixed_len + 1 >= max_prefix_len + max_suffix_len {
936             // The subtraction can't overflow thanks to the above check.
937             // The new `max_prefix_len` is also guaranteed to be larger than its previous
938             // value.
939             max_prefix_len = max_fixed_len + 1 - max_suffix_len;
940         }
941
942         match array_len {
943             Some(len) => {
944                 let kind = if max_prefix_len + max_suffix_len < len {
945                     VarLen(max_prefix_len, max_suffix_len)
946                 } else {
947                     FixedLen(len)
948                 };
949                 smallvec![Slice(Slice { array_len, kind })]
950             }
951             None => {
952                 // `ctor` originally covered the range `(self_prefix +
953                 // self_suffix..infinity)`. We now split it into two: lengths smaller than
954                 // `max_prefix_len + max_suffix_len` are treated independently as
955                 // fixed-lengths slices, and lengths above are captured by a final VarLen
956                 // constructor.
957                 let smaller_lengths =
958                     (self_prefix + self_suffix..max_prefix_len + max_suffix_len).map(FixedLen);
959                 let final_slice = VarLen(max_prefix_len, max_suffix_len);
960                 smaller_lengths
961                     .chain(Some(final_slice))
962                     .map(|kind| Slice { array_len, kind })
963                     .map(Slice)
964                     .collect()
965             }
966         }
967     }
968 }
969
970 /// A value can be decomposed into a constructor applied to some fields. This struct represents
971 /// the constructor. See also `Fields`.
972 ///
973 /// `pat_constructor` retrieves the constructor corresponding to a pattern.
974 /// `specialize_one_pattern` returns the list of fields corresponding to a pattern, given a
975 /// constructor. `Constructor::apply` reconstructs the pattern from a pair of `Constructor` and
976 /// `Fields`.
977 #[derive(Clone, Debug, PartialEq)]
978 enum Constructor<'tcx> {
979     /// The constructor for patterns that have a single constructor, like tuples, struct patterns
980     /// and fixed-length arrays.
981     Single,
982     /// Enum variants.
983     Variant(DefId),
984     /// Ranges of integer literal values (`2`, `2..=5` or `2..5`).
985     IntRange(IntRange<'tcx>),
986     /// Ranges of floating-point literal values (`2.0..=5.2`).
987     FloatRange(&'tcx ty::Const<'tcx>, &'tcx ty::Const<'tcx>, RangeEnd),
988     /// String literals. Strings are not quite the same as `&[u8]` so we treat them separately.
989     Str(&'tcx ty::Const<'tcx>),
990     /// Array and slice patterns.
991     Slice(Slice),
992     /// Constants that must not be matched structurally. They are treated as black
993     /// boxes for the purposes of exhaustiveness: we must not inspect them, and they
994     /// don't count towards making a match exhaustive.
995     Opaque,
996     /// Fake extra constructor for enums that aren't allowed to be matched exhaustively.
997     NonExhaustive,
998 }
999
1000 impl<'tcx> Constructor<'tcx> {
1001     fn variant_index_for_adt(&self, adt: &'tcx ty::AdtDef) -> VariantIdx {
1002         match *self {
1003             Variant(id) => adt.variant_index_with_id(id),
1004             Single => {
1005                 assert!(!adt.is_enum());
1006                 VariantIdx::new(0)
1007             }
1008             _ => bug!("bad constructor {:?} for adt {:?}", self, adt),
1009         }
1010     }
1011
1012     // Returns the set of constructors covered by `self` but not by
1013     // anything in `other_ctors`.
1014     fn subtract_ctors(&self, other_ctors: &Vec<Constructor<'tcx>>) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
1015         if other_ctors.is_empty() {
1016             return vec![self.clone()];
1017         }
1018
1019         match self {
1020             // Those constructors can only match themselves.
1021             Single | Variant(_) | Str(..) | FloatRange(..) => {
1022                 if other_ctors.iter().any(|c| c == self) { vec![] } else { vec![self.clone()] }
1023             }
1024             &Slice(slice) => {
1025                 let mut other_slices = other_ctors
1026                     .iter()
1027                     .filter_map(|c: &Constructor<'_>| match c {
1028                         Slice(slice) => Some(*slice),
1029                         _ => bug!("bad slice pattern constructor {:?}", c),
1030                     })
1031                     .map(Slice::value_kind);
1032
1033                 match slice.value_kind() {
1034                     FixedLen(self_len) => {
1035                         if other_slices.any(|other_slice| other_slice.covers_length(self_len)) {
1036                             vec![]
1037                         } else {
1038                             vec![Slice(slice)]
1039                         }
1040                     }
1041                     kind @ VarLen(..) => {
1042                         let mut remaining_slices = vec![kind];
1043
1044                         // For each used slice, subtract from the current set of slices.
1045                         for other_slice in other_slices {
1046                             remaining_slices = remaining_slices
1047                                 .into_iter()
1048                                 .flat_map(|remaining_slice| remaining_slice.subtract(other_slice))
1049                                 .collect();
1050
1051                             // If the constructors that have been considered so far already cover
1052                             // the entire range of `self`, no need to look at more constructors.
1053                             if remaining_slices.is_empty() {
1054                                 break;
1055                             }
1056                         }
1057
1058                         remaining_slices
1059                             .into_iter()
1060                             .map(|kind| Slice { array_len: slice.array_len, kind })
1061                             .map(Slice)
1062                             .collect()
1063                     }
1064                 }
1065             }
1066             IntRange(self_range) => {
1067                 let mut remaining_ranges = vec![self_range.clone()];
1068                 for other_ctor in other_ctors {
1069                     if let IntRange(other_range) = other_ctor {
1070                         if other_range == self_range {
1071                             // If the `self` range appears directly in a `match` arm, we can
1072                             // eliminate it straight away.
1073                             remaining_ranges = vec![];
1074                         } else {
1075                             // Otherwise explicitly compute the remaining ranges.
1076                             remaining_ranges = other_range.subtract_from(remaining_ranges);
1077                         }
1078
1079                         // If the ranges that have been considered so far already cover the entire
1080                         // range of values, we can return early.
1081                         if remaining_ranges.is_empty() {
1082                             break;
1083                         }
1084                     }
1085                 }
1086
1087                 // Convert the ranges back into constructors.
1088                 remaining_ranges.into_iter().map(IntRange).collect()
1089             }
1090             // This constructor is never covered by anything else
1091             NonExhaustive => vec![NonExhaustive],
1092             Opaque => bug!("unexpected opaque ctor {:?} found in all_ctors", self),
1093         }
1094     }
1095
1096     /// Some constructors (namely IntRange and Slice) actually stand for a set of actual
1097     /// constructors (integers and fixed-sized slices). When specializing for these
1098     /// constructors, we want to be specialising for the actual underlying constructors.
1099     /// Naively, we would simply return the list of constructors they correspond to. We instead are
1100     /// more clever: if there are constructors that we know will behave the same wrt the current
1101     /// matrix, we keep them grouped. For example, all slices of a sufficiently large length
1102     /// will either be all useful or all non-useful with a given matrix.
1103     ///
1104     /// See the branches for details on how the splitting is done.
1105     ///
1106     /// This function may discard some irrelevant constructors if this preserves behavior and
1107     /// diagnostics. Eg. for the `_` case, we ignore the constructors already present in the
1108     /// matrix, unless all of them are.
1109     ///
1110     /// `hir_id` is `None` when we're evaluating the wildcard pattern. In that case we do not want
1111     /// to lint for overlapping ranges.
1112     fn split<'p>(
1113         self,
1114         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1115         pcx: PatCtxt<'tcx>,
1116         matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
1117         hir_id: Option<HirId>,
1118     ) -> SmallVec<[Self; 1]> {
1119         debug!("Constructor::split({:#?}, {:#?})", self, matrix);
1120
1121         match self {
1122             // Fast-track if the range is trivial. In particular, we don't do the overlapping
1123             // ranges check.
1124             IntRange(ctor_range)
1125                 if ctor_range.treat_exhaustively(cx.tcx) && !ctor_range.is_singleton() =>
1126             {
1127                 ctor_range.split(cx, pcx, matrix, hir_id)
1128             }
1129             Slice(slice @ Slice { kind: VarLen(..), .. }) => slice.split(cx, matrix),
1130             // Any other constructor can be used unchanged.
1131             _ => smallvec![self],
1132         }
1133     }
1134
1135     /// Apply a constructor to a list of patterns, yielding a new pattern. `pats`
1136     /// must have as many elements as this constructor's arity.
1137     ///
1138     /// This is roughly the inverse of `specialize_one_pattern`.
1139     ///
1140     /// Examples:
1141     /// `self`: `Constructor::Single`
1142     /// `ty`: `(u32, u32, u32)`
1143     /// `pats`: `[10, 20, _]`
1144     /// returns `(10, 20, _)`
1145     ///
1146     /// `self`: `Constructor::Variant(Option::Some)`
1147     /// `ty`: `Option<bool>`
1148     /// `pats`: `[false]`
1149     /// returns `Some(false)`
1150     fn apply<'p>(
1151         &self,
1152         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1153         ty: Ty<'tcx>,
1154         fields: Fields<'p, 'tcx>,
1155     ) -> Pat<'tcx> {
1156         let mut subpatterns = fields.all_patterns();
1157
1158         let pat = match self {
1159             Single | Variant(_) => match ty.kind() {
1160                 ty::Adt(..) | ty::Tuple(..) => {
1161                     let subpatterns = subpatterns
1162                         .enumerate()
1163                         .map(|(i, p)| FieldPat { field: Field::new(i), pattern: p })
1164                         .collect();
1165
1166                     if let ty::Adt(adt, substs) = ty.kind() {
1167                         if adt.is_enum() {
1168                             PatKind::Variant {
1169                                 adt_def: adt,
1170                                 substs,
1171                                 variant_index: self.variant_index_for_adt(adt),
1172                                 subpatterns,
1173                             }
1174                         } else {
1175                             PatKind::Leaf { subpatterns }
1176                         }
1177                     } else {
1178                         PatKind::Leaf { subpatterns }
1179                     }
1180                 }
1181                 ty::Ref(..) => PatKind::Deref { subpattern: subpatterns.next().unwrap() },
1182                 ty::Slice(_) | ty::Array(..) => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", self, ty),
1183                 _ => PatKind::Wild,
1184             },
1185             Slice(slice) => match slice.pattern_kind() {
1186                 FixedLen(_) => {
1187                     PatKind::Slice { prefix: subpatterns.collect(), slice: None, suffix: vec![] }
1188                 }
1189                 VarLen(prefix, _) => {
1190                     let mut prefix: Vec<_> = subpatterns.by_ref().take(prefix as usize).collect();
1191                     if slice.array_len.is_some() {
1192                         // Improves diagnostics a bit: if the type is a known-size array, instead
1193                         // of reporting `[x, _, .., _, y]`, we prefer to report `[x, .., y]`.
1194                         // This is incorrect if the size is not known, since `[_, ..]` captures
1195                         // arrays of lengths `>= 1` whereas `[..]` captures any length.
1196                         while !prefix.is_empty() && prefix.last().unwrap().is_wildcard() {
1197                             prefix.pop();
1198                         }
1199                     }
1200                     let suffix: Vec<_> = if slice.array_len.is_some() {
1201                         // Same as above.
1202                         subpatterns.skip_while(Pat::is_wildcard).collect()
1203                     } else {
1204                         subpatterns.collect()
1205                     };
1206                     let wild = Pat::wildcard_from_ty(ty);
1207                     PatKind::Slice { prefix, slice: Some(wild), suffix }
1208                 }
1209             },
1210             &Str(value) => PatKind::Constant { value },
1211             &FloatRange(lo, hi, end) => PatKind::Range(PatRange { lo, hi, end }),
1212             IntRange(range) => return range.to_pat(cx.tcx),
1213             NonExhaustive => PatKind::Wild,
1214             Opaque => bug!("we should not try to apply an opaque constructor {:?}", self),
1215         };
1216
1217         Pat { ty, span: DUMMY_SP, kind: Box::new(pat) }
1218     }
1219
1220     /// Like `apply`, but where all the subpatterns are wildcards `_`.
1221     fn apply_wildcards<'a>(&self, cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
1222         self.apply(cx, ty, Fields::wildcards(cx, self, ty))
1223     }
1224 }
1225
1226 /// Some fields need to be explicitly hidden away in certain cases; see the comment above the
1227 /// `Fields` struct. This struct represents such a potentially-hidden field. When a field is hidden
1228 /// we still keep its type around.
1229 #[derive(Debug, Copy, Clone)]
1230 enum FilteredField<'p, 'tcx> {
1231     Kept(&'p Pat<'tcx>),
1232     Hidden(Ty<'tcx>),
1233 }
1234
1235 impl<'p, 'tcx> FilteredField<'p, 'tcx> {
1236     fn kept(self) -> Option<&'p Pat<'tcx>> {
1237         match self {
1238             FilteredField::Kept(p) => Some(p),
1239             FilteredField::Hidden(_) => None,
1240         }
1241     }
1242
1243     fn to_pattern(self) -> Pat<'tcx> {
1244         match self {
1245             FilteredField::Kept(p) => p.clone(),
1246             FilteredField::Hidden(ty) => Pat::wildcard_from_ty(ty),
1247         }
1248     }
1249 }
1250
1251 /// A value can be decomposed into a constructor applied to some fields. This struct represents
1252 /// those fields, generalized to allow patterns in each field. See also `Constructor`.
1253 ///
1254 /// If a private or `non_exhaustive` field is uninhabited, the code mustn't observe that it is
1255 /// uninhabited. For that, we filter these fields out of the matrix. This is subtle because we
1256 /// still need to have those fields back when going to/from a `Pat`. Most of this is handled
1257 /// automatically in `Fields`, but when constructing or deconstructing `Fields` you need to be
1258 /// careful. As a rule, when going to/from the matrix, use the filtered field list; when going
1259 /// to/from `Pat`, use the full field list.
1260 /// This filtering is uncommon in practice, because uninhabited fields are rarely used, so we avoid
1261 /// it when possible to preserve performance.
1262 #[derive(Debug, Clone)]
1263 enum Fields<'p, 'tcx> {
1264     /// Lists of patterns that don't contain any filtered fields.
1265     /// `Slice` and `Vec` behave the same; the difference is only to avoid allocating and
1266     /// triple-dereferences when possible. Frankly this is premature optimization, I (Nadrieril)
1267     /// have not measured if it really made a difference.
1268     Slice(&'p [Pat<'tcx>]),
1269     Vec(SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>),
1270     /// Patterns where some of the fields need to be hidden. `kept_count` caches the number of
1271     /// non-hidden fields.
1272     Filtered {
1273         fields: SmallVec<[FilteredField<'p, 'tcx>; 2]>,
1274         kept_count: usize,
1275     },
1276 }
1277
1278 impl<'p, 'tcx> Fields<'p, 'tcx> {
1279     fn empty() -> Self {
1280         Fields::Slice(&[])
1281     }
1282
1283     /// Construct a new `Fields` from the given pattern. Must not be used if the pattern is a field
1284     /// of a struct/tuple/variant.
1285     fn from_single_pattern(pat: &'p Pat<'tcx>) -> Self {
1286         Fields::Slice(std::slice::from_ref(pat))
1287     }
1288
1289     /// Convenience; internal use.
1290     fn wildcards_from_tys(
1291         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1292         tys: impl IntoIterator<Item = Ty<'tcx>>,
1293     ) -> Self {
1294         let wilds = tys.into_iter().map(Pat::wildcard_from_ty);
1295         let pats = cx.pattern_arena.alloc_from_iter(wilds);
1296         Fields::Slice(pats)
1297     }
1298
1299     /// Creates a new list of wildcard fields for a given constructor.
1300     fn wildcards(
1301         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1302         constructor: &Constructor<'tcx>,
1303         ty: Ty<'tcx>,
1304     ) -> Self {
1305         let wildcard_from_ty = |ty| &*cx.pattern_arena.alloc(Pat::wildcard_from_ty(ty));
1306
1307         let ret = match constructor {
1308             Single | Variant(_) => match ty.kind() {
1309                 ty::Tuple(ref fs) => {
1310                     Fields::wildcards_from_tys(cx, fs.into_iter().map(|ty| ty.expect_ty()))
1311                 }
1312                 ty::Ref(_, rty, _) => Fields::from_single_pattern(wildcard_from_ty(rty)),
1313                 ty::Adt(adt, substs) => {
1314                     if adt.is_box() {
1315                         // Use T as the sub pattern type of Box<T>.
1316                         Fields::from_single_pattern(wildcard_from_ty(substs.type_at(0)))
1317                     } else {
1318                         let variant = &adt.variants[constructor.variant_index_for_adt(adt)];
1319                         // Whether we must not match the fields of this variant exhaustively.
1320                         let is_non_exhaustive =
1321                             variant.is_field_list_non_exhaustive() && !adt.did.is_local();
1322                         let field_tys = variant.fields.iter().map(|field| field.ty(cx.tcx, substs));
1323                         // In the following cases, we don't need to filter out any fields. This is
1324                         // the vast majority of real cases, since uninhabited fields are uncommon.
1325                         let has_no_hidden_fields = (adt.is_enum() && !is_non_exhaustive)
1326                             || !field_tys.clone().any(|ty| cx.is_uninhabited(ty));
1327
1328                         if has_no_hidden_fields {
1329                             Fields::wildcards_from_tys(cx, field_tys)
1330                         } else {
1331                             let mut kept_count = 0;
1332                             let fields = variant
1333                                 .fields
1334                                 .iter()
1335                                 .map(|field| {
1336                                     let ty = field.ty(cx.tcx, substs);
1337                                     let is_visible = adt.is_enum()
1338                                         || field.vis.is_accessible_from(cx.module, cx.tcx);
1339                                     let is_uninhabited = cx.is_uninhabited(ty);
1340
1341                                     // In the cases of either a `#[non_exhaustive]` field list
1342                                     // or a non-public field, we hide uninhabited fields in
1343                                     // order not to reveal the uninhabitedness of the whole
1344                                     // variant.
1345                                     if is_uninhabited && (!is_visible || is_non_exhaustive) {
1346                                         FilteredField::Hidden(ty)
1347                                     } else {
1348                                         kept_count += 1;
1349                                         FilteredField::Kept(wildcard_from_ty(ty))
1350                                     }
1351                                 })
1352                                 .collect();
1353                             Fields::Filtered { fields, kept_count }
1354                         }
1355                     }
1356                 }
1357                 _ => Fields::empty(),
1358             },
1359             Slice(slice) => match *ty.kind() {
1360                 ty::Slice(ty) | ty::Array(ty, _) => {
1361                     let arity = slice.arity();
1362                     Fields::wildcards_from_tys(cx, (0..arity).map(|_| ty))
1363                 }
1364                 _ => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", constructor, ty),
1365             },
1366             Str(..) | FloatRange(..) | IntRange(..) | NonExhaustive | Opaque => Fields::empty(),
1367         };
1368         debug!("Fields::wildcards({:?}, {:?}) = {:#?}", constructor, ty, ret);
1369         ret
1370     }
1371
1372     /// Returns the number of patterns from the viewpoint of match-checking, i.e. excluding hidden
1373     /// fields. This is what we want in most cases in this file, the only exception being
1374     /// conversion to/from `Pat`.
1375     fn len(&self) -> usize {
1376         match self {
1377             Fields::Slice(pats) => pats.len(),
1378             Fields::Vec(pats) => pats.len(),
1379             Fields::Filtered { kept_count, .. } => *kept_count,
1380         }
1381     }
1382
1383     /// Returns the complete list of patterns, including hidden fields.
1384     fn all_patterns(self) -> impl Iterator<Item = Pat<'tcx>> {
1385         let pats: SmallVec<[_; 2]> = match self {
1386             Fields::Slice(pats) => pats.iter().cloned().collect(),
1387             Fields::Vec(pats) => pats.into_iter().cloned().collect(),
1388             Fields::Filtered { fields, .. } => {
1389                 // We don't skip any fields here.
1390                 fields.into_iter().map(|p| p.to_pattern()).collect()
1391             }
1392         };
1393         pats.into_iter()
1394     }
1395
1396     /// Overrides some of the fields with the provided patterns. Exactly like
1397     /// `replace_fields_indexed`, except that it takes `FieldPat`s as input.
1398     fn replace_with_fieldpats(
1399         &self,
1400         new_pats: impl IntoIterator<Item = &'p FieldPat<'tcx>>,
1401     ) -> Self {
1402         self.replace_fields_indexed(
1403             new_pats.into_iter().map(|pat| (pat.field.index(), &pat.pattern)),
1404         )
1405     }
1406
1407     /// Overrides some of the fields with the provided patterns. This is used when a pattern
1408     /// defines some fields but not all, for example `Foo { field1: Some(_), .. }`: here we start with a
1409     /// `Fields` that is just one wildcard per field of the `Foo` struct, and override the entry
1410     /// corresponding to `field1` with the pattern `Some(_)`. This is also used for slice patterns
1411     /// for the same reason.
1412     fn replace_fields_indexed(
1413         &self,
1414         new_pats: impl IntoIterator<Item = (usize, &'p Pat<'tcx>)>,
1415     ) -> Self {
1416         let mut fields = self.clone();
1417         if let Fields::Slice(pats) = fields {
1418             fields = Fields::Vec(pats.iter().collect());
1419         }
1420
1421         match &mut fields {
1422             Fields::Vec(pats) => {
1423                 for (i, pat) in new_pats {
1424                     pats[i] = pat
1425                 }
1426             }
1427             Fields::Filtered { fields, .. } => {
1428                 for (i, pat) in new_pats {
1429                     if let FilteredField::Kept(p) = &mut fields[i] {
1430                         *p = pat
1431                     }
1432                 }
1433             }
1434             Fields::Slice(_) => unreachable!(),
1435         }
1436         fields
1437     }
1438
1439     /// Replaces contained fields with the given filtered list of patterns, e.g. taken from the
1440     /// matrix. There must be `len()` patterns in `pats`.
1441     fn replace_fields(
1442         &self,
1443         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1444         pats: impl IntoIterator<Item = Pat<'tcx>>,
1445     ) -> Self {
1446         let pats: &[_] = cx.pattern_arena.alloc_from_iter(pats);
1447
1448         match self {
1449             Fields::Filtered { fields, kept_count } => {
1450                 let mut pats = pats.iter();
1451                 let mut fields = fields.clone();
1452                 for f in &mut fields {
1453                     if let FilteredField::Kept(p) = f {
1454                         // We take one input pattern for each `Kept` field, in order.
1455                         *p = pats.next().unwrap();
1456                     }
1457                 }
1458                 Fields::Filtered { fields, kept_count: *kept_count }
1459             }
1460             _ => Fields::Slice(pats),
1461         }
1462     }
1463
1464     fn push_on_patstack(self, stack: &[&'p Pat<'tcx>]) -> PatStack<'p, 'tcx> {
1465         let pats: SmallVec<_> = match self {
1466             Fields::Slice(pats) => pats.iter().chain(stack.iter().copied()).collect(),
1467             Fields::Vec(mut pats) => {
1468                 pats.extend_from_slice(stack);
1469                 pats
1470             }
1471             Fields::Filtered { fields, .. } => {
1472                 // We skip hidden fields here
1473                 fields.into_iter().filter_map(|p| p.kept()).chain(stack.iter().copied()).collect()
1474             }
1475         };
1476         PatStack::from_vec(pats)
1477     }
1478 }
1479
1480 #[derive(Clone, Debug)]
1481 crate enum Usefulness<'tcx> {
1482     /// Carries a list of unreachable subpatterns. Used only in the presence of or-patterns.
1483     Useful(Vec<Span>),
1484     /// Carries a list of witnesses of non-exhaustiveness.
1485     UsefulWithWitness(Vec<Witness<'tcx>>),
1486     NotUseful,
1487 }
1488
1489 impl<'tcx> Usefulness<'tcx> {
1490     fn new_useful(preference: WitnessPreference) -> Self {
1491         match preference {
1492             ConstructWitness => UsefulWithWitness(vec![Witness(vec![])]),
1493             LeaveOutWitness => Useful(vec![]),
1494         }
1495     }
1496
1497     fn is_useful(&self) -> bool {
1498         match *self {
1499             NotUseful => false,
1500             _ => true,
1501         }
1502     }
1503
1504     fn apply_constructor<'p>(
1505         self,
1506         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1507         ctor: &Constructor<'tcx>,
1508         ty: Ty<'tcx>,
1509         ctor_wild_subpatterns: &Fields<'p, 'tcx>,
1510     ) -> Self {
1511         match self {
1512             UsefulWithWitness(witnesses) => UsefulWithWitness(
1513                 witnesses
1514                     .into_iter()
1515                     .map(|witness| witness.apply_constructor(cx, &ctor, ty, ctor_wild_subpatterns))
1516                     .collect(),
1517             ),
1518             x => x,
1519         }
1520     }
1521
1522     fn apply_wildcard(self, ty: Ty<'tcx>) -> Self {
1523         match self {
1524             UsefulWithWitness(witnesses) => {
1525                 let wild = Pat::wildcard_from_ty(ty);
1526                 UsefulWithWitness(
1527                     witnesses
1528                         .into_iter()
1529                         .map(|mut witness| {
1530                             witness.0.push(wild.clone());
1531                             witness
1532                         })
1533                         .collect(),
1534                 )
1535             }
1536             x => x,
1537         }
1538     }
1539
1540     fn apply_missing_ctors(
1541         self,
1542         cx: &MatchCheckCtxt<'_, 'tcx>,
1543         ty: Ty<'tcx>,
1544         missing_ctors: &MissingConstructors<'tcx>,
1545     ) -> Self {
1546         match self {
1547             UsefulWithWitness(witnesses) => {
1548                 let new_patterns: Vec<_> =
1549                     missing_ctors.iter().map(|ctor| ctor.apply_wildcards(cx, ty)).collect();
1550                 // Add the new patterns to each witness
1551                 UsefulWithWitness(
1552                     witnesses
1553                         .into_iter()
1554                         .flat_map(|witness| {
1555                             new_patterns.iter().map(move |pat| {
1556                                 let mut witness = witness.clone();
1557                                 witness.0.push(pat.clone());
1558                                 witness
1559                             })
1560                         })
1561                         .collect(),
1562                 )
1563             }
1564             x => x,
1565         }
1566     }
1567 }
1568
1569 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
1570 crate enum WitnessPreference {
1571     ConstructWitness,
1572     LeaveOutWitness,
1573 }
1574
1575 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
1576 struct PatCtxt<'tcx> {
1577     ty: Ty<'tcx>,
1578     span: Span,
1579 }
1580
1581 /// A witness of non-exhaustiveness for error reporting, represented
1582 /// as a list of patterns (in reverse order of construction) with
1583 /// wildcards inside to represent elements that can take any inhabitant
1584 /// of the type as a value.
1585 ///
1586 /// A witness against a list of patterns should have the same types
1587 /// and length as the pattern matched against. Because Rust `match`
1588 /// is always against a single pattern, at the end the witness will
1589 /// have length 1, but in the middle of the algorithm, it can contain
1590 /// multiple patterns.
1591 ///
1592 /// For example, if we are constructing a witness for the match against
1593 ///
1594 /// ```
1595 /// struct Pair(Option<(u32, u32)>, bool);
1596 ///
1597 /// match (p: Pair) {
1598 ///    Pair(None, _) => {}
1599 ///    Pair(_, false) => {}
1600 /// }
1601 /// ```
1602 ///
1603 /// We'll perform the following steps:
1604 /// 1. Start with an empty witness
1605 ///     `Witness(vec![])`
1606 /// 2. Push a witness `Some(_)` against the `None`
1607 ///     `Witness(vec![Some(_)])`
1608 /// 3. Push a witness `true` against the `false`
1609 ///     `Witness(vec![Some(_), true])`
1610 /// 4. Apply the `Pair` constructor to the witnesses
1611 ///     `Witness(vec![Pair(Some(_), true)])`
1612 ///
1613 /// The final `Pair(Some(_), true)` is then the resulting witness.
1614 #[derive(Clone, Debug)]
1615 crate struct Witness<'tcx>(Vec<Pat<'tcx>>);
1616
1617 impl<'tcx> Witness<'tcx> {
1618     crate fn single_pattern(self) -> Pat<'tcx> {
1619         assert_eq!(self.0.len(), 1);
1620         self.0.into_iter().next().unwrap()
1621     }
1622
1623     /// Constructs a partial witness for a pattern given a list of
1624     /// patterns expanded by the specialization step.
1625     ///
1626     /// When a pattern P is discovered to be useful, this function is used bottom-up
1627     /// to reconstruct a complete witness, e.g., a pattern P' that covers a subset
1628     /// of values, V, where each value in that set is not covered by any previously
1629     /// used patterns and is covered by the pattern P'. Examples:
1630     ///
1631     /// left_ty: tuple of 3 elements
1632     /// pats: [10, 20, _]           => (10, 20, _)
1633     ///
1634     /// left_ty: struct X { a: (bool, &'static str), b: usize}
1635     /// pats: [(false, "foo"), 42]  => X { a: (false, "foo"), b: 42 }
1636     fn apply_constructor<'p>(
1637         mut self,
1638         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1639         ctor: &Constructor<'tcx>,
1640         ty: Ty<'tcx>,
1641         ctor_wild_subpatterns: &Fields<'p, 'tcx>,
1642     ) -> Self {
1643         let pat = {
1644             let len = self.0.len();
1645             let arity = ctor_wild_subpatterns.len();
1646             let pats = self.0.drain((len - arity)..).rev();
1647             let fields = ctor_wild_subpatterns.replace_fields(cx, pats);
1648             ctor.apply(cx, ty, fields)
1649         };
1650
1651         self.0.push(pat);
1652
1653         self
1654     }
1655 }
1656
1657 /// This determines the set of all possible constructors of a pattern matching
1658 /// values of type `left_ty`. For vectors, this would normally be an infinite set
1659 /// but is instead bounded by the maximum fixed length of slice patterns in
1660 /// the column of patterns being analyzed.
1661 ///
1662 /// We make sure to omit constructors that are statically impossible. E.g., for
1663 /// `Option<!>`, we do not include `Some(_)` in the returned list of constructors.
1664 /// Invariant: this returns an empty `Vec` if and only if the type is uninhabited (as determined by
1665 /// `cx.is_uninhabited()`).
1666 fn all_constructors<'a, 'tcx>(
1667     cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1668     pcx: PatCtxt<'tcx>,
1669 ) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
1670     debug!("all_constructors({:?})", pcx.ty);
1671     let make_range = |start, end| {
1672         IntRange(
1673             // `unwrap()` is ok because we know the type is an integer.
1674             IntRange::from_range(cx.tcx, start, end, pcx.ty, &RangeEnd::Included, pcx.span)
1675                 .unwrap(),
1676         )
1677     };
1678     match *pcx.ty.kind() {
1679         ty::Bool => vec![make_range(0, 1)],
1680         ty::Array(ref sub_ty, len) if len.try_eval_usize(cx.tcx, cx.param_env).is_some() => {
1681             let len = len.eval_usize(cx.tcx, cx.param_env);
1682             if len != 0 && cx.is_uninhabited(sub_ty) {
1683                 vec![]
1684             } else {
1685                 vec![Slice(Slice { array_len: Some(len), kind: VarLen(0, 0) })]
1686             }
1687         }
1688         // Treat arrays of a constant but unknown length like slices.
1689         ty::Array(ref sub_ty, _) | ty::Slice(ref sub_ty) => {
1690             let kind = if cx.is_uninhabited(sub_ty) { FixedLen(0) } else { VarLen(0, 0) };
1691             vec![Slice(Slice { array_len: None, kind })]
1692         }
1693         ty::Adt(def, substs) if def.is_enum() => {
1694             let ctors: Vec<_> = if cx.tcx.features().exhaustive_patterns {
1695                 // If `exhaustive_patterns` is enabled, we exclude variants known to be
1696                 // uninhabited.
1697                 def.variants
1698                     .iter()
1699                     .filter(|v| {
1700                         !v.uninhabited_from(cx.tcx, substs, def.adt_kind(), cx.param_env)
1701                             .contains(cx.tcx, cx.module)
1702                     })
1703                     .map(|v| Variant(v.def_id))
1704                     .collect()
1705             } else {
1706                 def.variants.iter().map(|v| Variant(v.def_id)).collect()
1707             };
1708
1709             // If the enum is declared as `#[non_exhaustive]`, we treat it as if it had an
1710             // additional "unknown" constructor.
1711             // There is no point in enumerating all possible variants, because the user can't
1712             // actually match against them all themselves. So we always return only the fictitious
1713             // constructor.
1714             // E.g., in an example like:
1715             //
1716             // ```
1717             //     let err: io::ErrorKind = ...;
1718             //     match err {
1719             //         io::ErrorKind::NotFound => {},
1720             //     }
1721             // ```
1722             //
1723             // we don't want to show every possible IO error, but instead have only `_` as the
1724             // witness.
1725             let is_declared_nonexhaustive = cx.is_foreign_non_exhaustive_enum(pcx.ty);
1726
1727             // If `exhaustive_patterns` is disabled and our scrutinee is an empty enum, we treat it
1728             // as though it had an "unknown" constructor to avoid exposing its emptyness. Note that
1729             // an empty match will still be considered exhaustive because that case is handled
1730             // separately in `check_match`.
1731             let is_secretly_empty =
1732                 def.variants.is_empty() && !cx.tcx.features().exhaustive_patterns;
1733
1734             if is_secretly_empty || is_declared_nonexhaustive { vec![NonExhaustive] } else { ctors }
1735         }
1736         ty::Char => {
1737             vec![
1738                 // The valid Unicode Scalar Value ranges.
1739                 make_range('\u{0000}' as u128, '\u{D7FF}' as u128),
1740                 make_range('\u{E000}' as u128, '\u{10FFFF}' as u128),
1741             ]
1742         }
1743         ty::Int(_) | ty::Uint(_)
1744             if pcx.ty.is_ptr_sized_integral()
1745                 && !cx.tcx.features().precise_pointer_size_matching =>
1746         {
1747             // `usize`/`isize` are not allowed to be matched exhaustively unless the
1748             // `precise_pointer_size_matching` feature is enabled. So we treat those types like
1749             // `#[non_exhaustive]` enums by returning a special unmatcheable constructor.
1750             vec![NonExhaustive]
1751         }
1752         ty::Int(ity) => {
1753             let bits = Integer::from_attr(&cx.tcx, SignedInt(ity)).size().bits() as u128;
1754             let min = 1u128 << (bits - 1);
1755             let max = min - 1;
1756             vec![make_range(min, max)]
1757         }
1758         ty::Uint(uty) => {
1759             let size = Integer::from_attr(&cx.tcx, UnsignedInt(uty)).size();
1760             let max = truncate(u128::MAX, size);
1761             vec![make_range(0, max)]
1762         }
1763         _ => {
1764             if cx.is_uninhabited(pcx.ty) {
1765                 vec![]
1766             } else {
1767                 vec![Single]
1768             }
1769         }
1770     }
1771 }
1772
1773 /// An inclusive interval, used for precise integer exhaustiveness checking.
1774 /// `IntRange`s always store a contiguous range. This means that values are
1775 /// encoded such that `0` encodes the minimum value for the integer,
1776 /// regardless of the signedness.
1777 /// For example, the pattern `-128..=127i8` is encoded as `0..=255`.
1778 /// This makes comparisons and arithmetic on interval endpoints much more
1779 /// straightforward. See `signed_bias` for details.
1780 ///
1781 /// `IntRange` is never used to encode an empty range or a "range" that wraps
1782 /// around the (offset) space: i.e., `range.lo <= range.hi`.
1783 #[derive(Clone, Debug)]
1784 struct IntRange<'tcx> {
1785     range: RangeInclusive<u128>,
1786     ty: Ty<'tcx>,
1787     span: Span,
1788 }
1789
1790 impl<'tcx> IntRange<'tcx> {
1791     #[inline]
1792     fn is_integral(ty: Ty<'_>) -> bool {
1793         match ty.kind() {
1794             ty::Char | ty::Int(_) | ty::Uint(_) | ty::Bool => true,
1795             _ => false,
1796         }
1797     }
1798
1799     fn is_singleton(&self) -> bool {
1800         self.range.start() == self.range.end()
1801     }
1802
1803     fn boundaries(&self) -> (u128, u128) {
1804         (*self.range.start(), *self.range.end())
1805     }
1806
1807     /// Don't treat `usize`/`isize` exhaustively unless the `precise_pointer_size_matching` feature
1808     /// is enabled.
1809     fn treat_exhaustively(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>) -> bool {
1810         !self.ty.is_ptr_sized_integral() || tcx.features().precise_pointer_size_matching
1811     }
1812
1813     #[inline]
1814     fn integral_size_and_signed_bias(tcx: TyCtxt<'tcx>, ty: Ty<'_>) -> Option<(Size, u128)> {
1815         match *ty.kind() {
1816             ty::Bool => Some((Size::from_bytes(1), 0)),
1817             ty::Char => Some((Size::from_bytes(4), 0)),
1818             ty::Int(ity) => {
1819                 let size = Integer::from_attr(&tcx, SignedInt(ity)).size();
1820                 Some((size, 1u128 << (size.bits() as u128 - 1)))
1821             }
1822             ty::Uint(uty) => Some((Integer::from_attr(&tcx, UnsignedInt(uty)).size(), 0)),
1823             _ => None,
1824         }
1825     }
1826
1827     #[inline]
1828     fn from_const(
1829         tcx: TyCtxt<'tcx>,
1830         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1831         value: &Const<'tcx>,
1832         span: Span,
1833     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
1834         if let Some((target_size, bias)) = Self::integral_size_and_signed_bias(tcx, value.ty) {
1835             let ty = value.ty;
1836             let val = (|| {
1837                 if let ty::ConstKind::Value(ConstValue::Scalar(scalar)) = value.val {
1838                     // For this specific pattern we can skip a lot of effort and go
1839                     // straight to the result, after doing a bit of checking. (We
1840                     // could remove this branch and just fall through, which
1841                     // is more general but much slower.)
1842                     if let Ok(bits) = scalar.to_bits_or_ptr(target_size, &tcx) {
1843                         return Some(bits);
1844                     }
1845                 }
1846                 // This is a more general form of the previous case.
1847                 value.try_eval_bits(tcx, param_env, ty)
1848             })()?;
1849             let val = val ^ bias;
1850             Some(IntRange { range: val..=val, ty, span })
1851         } else {
1852             None
1853         }
1854     }
1855
1856     #[inline]
1857     fn from_range(
1858         tcx: TyCtxt<'tcx>,
1859         lo: u128,
1860         hi: u128,
1861         ty: Ty<'tcx>,
1862         end: &RangeEnd,
1863         span: Span,
1864     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
1865         if Self::is_integral(ty) {
1866             // Perform a shift if the underlying types are signed,
1867             // which makes the interval arithmetic simpler.
1868             let bias = IntRange::signed_bias(tcx, ty);
1869             let (lo, hi) = (lo ^ bias, hi ^ bias);
1870             let offset = (*end == RangeEnd::Excluded) as u128;
1871             if lo > hi || (lo == hi && *end == RangeEnd::Excluded) {
1872                 // This should have been caught earlier by E0030.
1873                 bug!("malformed range pattern: {}..={}", lo, (hi - offset));
1874             }
1875             Some(IntRange { range: lo..=(hi - offset), ty, span })
1876         } else {
1877             None
1878         }
1879     }
1880
1881     fn from_pat(
1882         tcx: TyCtxt<'tcx>,
1883         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1884         pat: &Pat<'tcx>,
1885     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
1886         // This MUST be kept in sync with `pat_constructor`.
1887         match *pat.kind {
1888             PatKind::AscribeUserType { .. } => bug!(), // Handled by `expand_pattern`
1889             PatKind::Or { .. } => bug!("Or-pattern should have been expanded earlier on."),
1890
1891             PatKind::Binding { .. }
1892             | PatKind::Wild
1893             | PatKind::Leaf { .. }
1894             | PatKind::Deref { .. }
1895             | PatKind::Variant { .. }
1896             | PatKind::Array { .. }
1897             | PatKind::Slice { .. } => None,
1898
1899             PatKind::Constant { value } => Self::from_const(tcx, param_env, value, pat.span),
1900
1901             PatKind::Range(PatRange { lo, hi, end }) => {
1902                 let ty = lo.ty;
1903                 Self::from_range(
1904                     tcx,
1905                     lo.eval_bits(tcx, param_env, lo.ty),
1906                     hi.eval_bits(tcx, param_env, hi.ty),
1907                     ty,
1908                     &end,
1909                     pat.span,
1910                 )
1911             }
1912         }
1913     }
1914
1915     // The return value of `signed_bias` should be XORed with an endpoint to encode/decode it.
1916     fn signed_bias(tcx: TyCtxt<'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> u128 {
1917         match *ty.kind() {
1918             ty::Int(ity) => {
1919                 let bits = Integer::from_attr(&tcx, SignedInt(ity)).size().bits() as u128;
1920                 1u128 << (bits - 1)
1921             }
1922             _ => 0,
1923         }
1924     }
1925
1926     /// Returns a collection of ranges that spans the values covered by `ranges`, subtracted
1927     /// by the values covered by `self`: i.e., `ranges \ self` (in set notation).
1928     fn subtract_from(&self, ranges: Vec<IntRange<'tcx>>) -> Vec<IntRange<'tcx>> {
1929         let mut remaining_ranges = vec![];
1930         let ty = self.ty;
1931         let span = self.span;
1932         let (lo, hi) = self.boundaries();
1933         for subrange in ranges {
1934             let (subrange_lo, subrange_hi) = subrange.range.into_inner();
1935             if lo > subrange_hi || subrange_lo > hi {
1936                 // The pattern doesn't intersect with the subrange at all,
1937                 // so the subrange remains untouched.
1938                 remaining_ranges.push(IntRange { range: subrange_lo..=subrange_hi, ty, span });
1939             } else {
1940                 if lo > subrange_lo {
1941                     // The pattern intersects an upper section of the
1942                     // subrange, so a lower section will remain.
1943                     remaining_ranges.push(IntRange { range: subrange_lo..=(lo - 1), ty, span });
1944                 }
1945                 if hi < subrange_hi {
1946                     // The pattern intersects a lower section of the
1947                     // subrange, so an upper section will remain.
1948                     remaining_ranges.push(IntRange { range: (hi + 1)..=subrange_hi, ty, span });
1949                 }
1950             }
1951         }
1952         remaining_ranges
1953     }
1954
1955     fn is_subrange(&self, other: &Self) -> bool {
1956         other.range.start() <= self.range.start() && self.range.end() <= other.range.end()
1957     }
1958
1959     fn intersection(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>, other: &Self) -> Option<Self> {
1960         let ty = self.ty;
1961         let (lo, hi) = self.boundaries();
1962         let (other_lo, other_hi) = other.boundaries();
1963         if self.treat_exhaustively(tcx) {
1964             if lo <= other_hi && other_lo <= hi {
1965                 let span = other.span;
1966                 Some(IntRange { range: max(lo, other_lo)..=min(hi, other_hi), ty, span })
1967             } else {
1968                 None
1969             }
1970         } else {
1971             // If the range should not be treated exhaustively, fallback to checking for inclusion.
1972             if self.is_subrange(other) { Some(self.clone()) } else { None }
1973         }
1974     }
1975
1976     fn suspicious_intersection(&self, other: &Self) -> bool {
1977         // `false` in the following cases:
1978         // 1     ----      // 1  ----------   // 1 ----        // 1       ----
1979         // 2  ----------   // 2     ----      // 2       ----  // 2 ----
1980         //
1981         // The following are currently `false`, but could be `true` in the future (#64007):
1982         // 1 ---------       // 1     ---------
1983         // 2     ----------  // 2 ----------
1984         //
1985         // `true` in the following cases:
1986         // 1 -------          // 1       -------
1987         // 2       --------   // 2 -------
1988         let (lo, hi) = self.boundaries();
1989         let (other_lo, other_hi) = other.boundaries();
1990         lo == other_hi || hi == other_lo
1991     }
1992
1993     fn to_pat(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
1994         let (lo, hi) = self.boundaries();
1995
1996         let bias = IntRange::signed_bias(tcx, self.ty);
1997         let (lo, hi) = (lo ^ bias, hi ^ bias);
1998
1999         let ty = ty::ParamEnv::empty().and(self.ty);
2000         let lo_const = ty::Const::from_bits(tcx, lo, ty);
2001         let hi_const = ty::Const::from_bits(tcx, hi, ty);
2002
2003         let kind = if lo == hi {
2004             PatKind::Constant { value: lo_const }
2005         } else {
2006             PatKind::Range(PatRange { lo: lo_const, hi: hi_const, end: RangeEnd::Included })
2007         };
2008
2009         // This is a brand new pattern, so we don't reuse `self.span`.
2010         Pat { ty: self.ty, span: DUMMY_SP, kind: Box::new(kind) }
2011     }
2012
2013     /// For exhaustive integer matching, some constructors are grouped within other constructors
2014     /// (namely integer typed values are grouped within ranges). However, when specialising these
2015     /// constructors, we want to be specialising for the underlying constructors (the integers), not
2016     /// the groups (the ranges). Thus we need to split the groups up. Splitting them up naïvely would
2017     /// mean creating a separate constructor for every single value in the range, which is clearly
2018     /// impractical. However, observe that for some ranges of integers, the specialisation will be
2019     /// identical across all values in that range (i.e., there are equivalence classes of ranges of
2020     /// constructors based on their `U(S(c, P), S(c, p))` outcome). These classes are grouped by
2021     /// the patterns that apply to them (in the matrix `P`). We can split the range whenever the
2022     /// patterns that apply to that range (specifically: the patterns that *intersect* with that range)
2023     /// change.
2024     /// Our solution, therefore, is to split the range constructor into subranges at every single point
2025     /// the group of intersecting patterns changes (using the method described below).
2026     /// And voilà! We're testing precisely those ranges that we need to, without any exhaustive matching
2027     /// on actual integers. The nice thing about this is that the number of subranges is linear in the
2028     /// number of rows in the matrix (i.e., the number of cases in the `match` statement), so we don't
2029     /// need to be worried about matching over gargantuan ranges.
2030     ///
2031     /// Essentially, given the first column of a matrix representing ranges, looking like the following:
2032     ///
2033     /// |------|  |----------| |-------|    ||
2034     ///    |-------| |-------|            |----| ||
2035     ///       |---------|
2036     ///
2037     /// We split the ranges up into equivalence classes so the ranges are no longer overlapping:
2038     ///
2039     /// |--|--|||-||||--||---|||-------|  |-|||| ||
2040     ///
2041     /// The logic for determining how to split the ranges is fairly straightforward: we calculate
2042     /// boundaries for each interval range, sort them, then create constructors for each new interval
2043     /// between every pair of boundary points. (This essentially sums up to performing the intuitive
2044     /// merging operation depicted above.)
2045     fn split<'p>(
2046         self,
2047         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
2048         pcx: PatCtxt<'tcx>,
2049         matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
2050         hir_id: Option<HirId>,
2051     ) -> SmallVec<[Constructor<'tcx>; 1]> {
2052         let ty = pcx.ty;
2053
2054         /// Represents a border between 2 integers. Because the intervals spanning borders
2055         /// must be able to cover every integer, we need to be able to represent
2056         /// 2^128 + 1 such borders.
2057         #[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Debug)]
2058         enum Border {
2059             JustBefore(u128),
2060             AfterMax,
2061         }
2062
2063         // A function for extracting the borders of an integer interval.
2064         fn range_borders(r: IntRange<'_>) -> impl Iterator<Item = Border> {
2065             let (lo, hi) = r.range.into_inner();
2066             let from = Border::JustBefore(lo);
2067             let to = match hi.checked_add(1) {
2068                 Some(m) => Border::JustBefore(m),
2069                 None => Border::AfterMax,
2070             };
2071             vec![from, to].into_iter()
2072         }
2073
2074         // Collect the span and range of all the intersecting ranges to lint on likely
2075         // incorrect range patterns. (#63987)
2076         let mut overlaps = vec![];
2077         // `borders` is the set of borders between equivalence classes: each equivalence
2078         // class lies between 2 borders.
2079         let row_borders = matrix
2080             .patterns
2081             .iter()
2082             .flat_map(|row| {
2083                 IntRange::from_pat(cx.tcx, cx.param_env, row.head()).map(|r| (r, row.len()))
2084             })
2085             .flat_map(|(range, row_len)| {
2086                 let intersection = self.intersection(cx.tcx, &range);
2087                 let should_lint = self.suspicious_intersection(&range);
2088                 if let (Some(range), 1, true) = (&intersection, row_len, should_lint) {
2089                     // FIXME: for now, only check for overlapping ranges on simple range
2090                     // patterns. Otherwise with the current logic the following is detected
2091                     // as overlapping:
2092                     //   match (10u8, true) {
2093                     //    (0 ..= 125, false) => {}
2094                     //    (126 ..= 255, false) => {}
2095                     //    (0 ..= 255, true) => {}
2096                     //  }
2097                     overlaps.push(range.clone());
2098                 }
2099                 intersection
2100             })
2101             .flat_map(range_borders);
2102         let self_borders = range_borders(self.clone());
2103         let mut borders: Vec<_> = row_borders.chain(self_borders).collect();
2104         borders.sort_unstable();
2105
2106         self.lint_overlapping_patterns(cx.tcx, hir_id, ty, overlaps);
2107
2108         // We're going to iterate through every adjacent pair of borders, making sure that
2109         // each represents an interval of nonnegative length, and convert each such
2110         // interval into a constructor.
2111         borders
2112             .array_windows()
2113             .filter_map(|&pair| match pair {
2114                 [Border::JustBefore(n), Border::JustBefore(m)] => {
2115                     if n < m {
2116                         Some(n..=(m - 1))
2117                     } else {
2118                         None
2119                     }
2120                 }
2121                 [Border::JustBefore(n), Border::AfterMax] => Some(n..=u128::MAX),
2122                 [Border::AfterMax, _] => None,
2123             })
2124             .map(|range| IntRange { range, ty, span: pcx.span })
2125             .map(IntRange)
2126             .collect()
2127     }
2128
2129     fn lint_overlapping_patterns(
2130         self,
2131         tcx: TyCtxt<'tcx>,
2132         hir_id: Option<HirId>,
2133         ty: Ty<'tcx>,
2134         overlaps: Vec<IntRange<'tcx>>,
2135     ) {
2136         if let (true, Some(hir_id)) = (!overlaps.is_empty(), hir_id) {
2137             tcx.struct_span_lint_hir(
2138                 lint::builtin::OVERLAPPING_PATTERNS,
2139                 hir_id,
2140                 self.span,
2141                 |lint| {
2142                     let mut err = lint.build("multiple patterns covering the same range");
2143                     err.span_label(self.span, "overlapping patterns");
2144                     for int_range in overlaps {
2145                         // Use the real type for user display of the ranges:
2146                         err.span_label(
2147                             int_range.span,
2148                             &format!(
2149                                 "this range overlaps on `{}`",
2150                                 IntRange { range: int_range.range, ty, span: DUMMY_SP }.to_pat(tcx),
2151                             ),
2152                         );
2153                     }
2154                     err.emit();
2155                 },
2156             );
2157         }
2158     }
2159 }
2160
2161 /// Ignore spans when comparing, they don't carry semantic information as they are only for lints.
2162 impl<'tcx> std::cmp::PartialEq for IntRange<'tcx> {
2163     fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
2164         self.range == other.range && self.ty == other.ty
2165     }
2166 }
2167
2168 // A struct to compute a set of constructors equivalent to `all_ctors \ used_ctors`.
2169 struct MissingConstructors<'tcx> {
2170     all_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>,
2171     used_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>,
2172 }
2173
2174 impl<'tcx> MissingConstructors<'tcx> {
2175     fn new(all_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>, used_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>) -> Self {
2176         MissingConstructors { all_ctors, used_ctors }
2177     }
2178
2179     fn into_inner(self) -> (Vec<Constructor<'tcx>>, Vec<Constructor<'tcx>>) {
2180         (self.all_ctors, self.used_ctors)
2181     }
2182
2183     fn is_empty(&self) -> bool {
2184         self.iter().next().is_none()
2185     }
2186     /// Whether this contains all the constructors for the given type or only a
2187     /// subset.
2188     fn all_ctors_are_missing(&self) -> bool {
2189         self.used_ctors.is_empty()
2190     }
2191
2192     /// Iterate over all_ctors \ used_ctors
2193     fn iter<'a>(&'a self) -> impl Iterator<Item = Constructor<'tcx>> + Captures<'a> {
2194         self.all_ctors.iter().flat_map(move |req_ctor| req_ctor.subtract_ctors(&self.used_ctors))
2195     }
2196 }
2197
2198 impl<'tcx> fmt::Debug for MissingConstructors<'tcx> {
2199     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
2200         let ctors: Vec<_> = self.iter().collect();
2201         write!(f, "{:?}", ctors)
2202     }
2203 }
2204
2205 /// Algorithm from http://moscova.inria.fr/~maranget/papers/warn/index.html.
2206 /// The algorithm from the paper has been modified to correctly handle empty
2207 /// types. The changes are:
2208 ///   (0) We don't exit early if the pattern matrix has zero rows. We just
2209 ///       continue to recurse over columns.
2210 ///   (1) all_constructors will only return constructors that are statically
2211 ///       possible. E.g., it will only return `Ok` for `Result<T, !>`.
2212 ///
2213 /// This finds whether a (row) vector `v` of patterns is 'useful' in relation
2214 /// to a set of such vectors `m` - this is defined as there being a set of
2215 /// inputs that will match `v` but not any of the sets in `m`.
2216 ///
2217 /// All the patterns at each column of the `matrix ++ v` matrix must have the same type.
2218 ///
2219 /// This is used both for reachability checking (if a pattern isn't useful in
2220 /// relation to preceding patterns, it is not reachable) and exhaustiveness
2221 /// checking (if a wildcard pattern is useful in relation to a matrix, the
2222 /// matrix isn't exhaustive).
2223 ///
2224 /// `is_under_guard` is used to inform if the pattern has a guard. If it
2225 /// has one it must not be inserted into the matrix. This shouldn't be
2226 /// relied on for soundness.
2227 crate fn is_useful<'p, 'tcx>(
2228     cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
2229     matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
2230     v: &PatStack<'p, 'tcx>,
2231     witness_preference: WitnessPreference,
2232     hir_id: HirId,
2233     is_under_guard: bool,
2234     is_top_level: bool,
2235 ) -> Usefulness<'tcx> {
2236     let Matrix { patterns: rows, .. } = matrix;
2237     debug!("is_useful({:#?}, {:#?})", matrix, v);
2238
2239     // The base case. We are pattern-matching on () and the return value is
2240     // based on whether our matrix has a row or not.
2241     // NOTE: This could potentially be optimized by checking rows.is_empty()
2242     // first and then, if v is non-empty, the return value is based on whether
2243     // the type of the tuple we're checking is inhabited or not.
2244     if v.is_empty() {
2245         return if rows.is_empty() {
2246             Usefulness::new_useful(witness_preference)
2247         } else {
2248             NotUseful
2249         };
2250     };
2251
2252     assert!(rows.iter().all(|r| r.len() == v.len()));
2253
2254     // If the first pattern is an or-pattern, expand it.
2255     if let Some(vs) = v.expand_or_pat() {
2256         // We need to push the already-seen patterns into the matrix in order to detect redundant
2257         // branches like `Some(_) | Some(0)`. We also keep track of the unreachable subpatterns.
2258         let mut matrix = matrix.clone();
2259         // `Vec` of all the unreachable branches of the current or-pattern.
2260         let mut unreachable_branches = Vec::new();
2261         // Subpatterns that are unreachable from all branches. E.g. in the following case, the last
2262         // `true` is unreachable only from one branch, so it is overall reachable.
2263         //
2264         // ```
2265         // match (true, true) {
2266         //     (true, true) => {}
2267         //     (false | true, false | true) => {}
2268         // }
2269         // ```
2270         let mut unreachable_subpats = FxHashSet::default();
2271         // Whether any branch at all is useful.
2272         let mut any_is_useful = false;
2273
2274         for v in vs {
2275             let res = is_useful(cx, &matrix, &v, witness_preference, hir_id, is_under_guard, false);
2276             match res {
2277                 Useful(pats) => {
2278                     if !any_is_useful {
2279                         any_is_useful = true;
2280                         // Initialize with the first set of unreachable subpatterns encountered.
2281                         unreachable_subpats = pats.into_iter().collect();
2282                     } else {
2283                         // Keep the patterns unreachable from both this and previous branches.
2284                         unreachable_subpats =
2285                             pats.into_iter().filter(|p| unreachable_subpats.contains(p)).collect();
2286                     }
2287                 }
2288                 NotUseful => unreachable_branches.push(v.head().span),
2289                 UsefulWithWitness(_) => {
2290                     bug!("Encountered or-pat in `v` during exhaustiveness checking")
2291                 }
2292             }
2293             // If pattern has a guard don't add it to the matrix
2294             if !is_under_guard {
2295                 matrix.push(v);
2296             }
2297         }
2298         if any_is_useful {
2299             // Collect all the unreachable patterns.
2300             unreachable_branches.extend(unreachable_subpats);
2301             return Useful(unreachable_branches);
2302         } else {
2303             return NotUseful;
2304         }
2305     }
2306
2307     // FIXME(Nadrieril): Hack to work around type normalization issues (see #72476).
2308     let ty = matrix.heads().next().map(|r| r.ty).unwrap_or(v.head().ty);
2309     let pcx = PatCtxt { ty, span: v.head().span };
2310
2311     debug!("is_useful_expand_first_col: pcx={:#?}, expanding {:#?}", pcx, v.head());
2312
2313     let ret = if let Some(constructor) = pat_constructor(cx.tcx, cx.param_env, v.head()) {
2314         debug!("is_useful - expanding constructor: {:#?}", constructor);
2315         constructor
2316             .split(cx, pcx, matrix, Some(hir_id))
2317             .into_iter()
2318             .map(|c| {
2319                 is_useful_specialized(
2320                     cx,
2321                     matrix,
2322                     v,
2323                     c,
2324                     pcx.ty,
2325                     witness_preference,
2326                     hir_id,
2327                     is_under_guard,
2328                 )
2329             })
2330             .find(|result| result.is_useful())
2331             .unwrap_or(NotUseful)
2332     } else {
2333         debug!("is_useful - expanding wildcard");
2334
2335         let used_ctors: Vec<Constructor<'_>> =
2336             matrix.heads().filter_map(|p| pat_constructor(cx.tcx, cx.param_env, p)).collect();
2337         debug!("is_useful_used_ctors = {:#?}", used_ctors);
2338         // `all_ctors` are all the constructors for the given type, which
2339         // should all be represented (or caught with the wild pattern `_`).
2340         let all_ctors = all_constructors(cx, pcx);
2341         debug!("is_useful_all_ctors = {:#?}", all_ctors);
2342
2343         // `missing_ctors` is the set of constructors from the same type as the
2344         // first column of `matrix` that are matched only by wildcard patterns
2345         // from the first column.
2346         //
2347         // Therefore, if there is some pattern that is unmatched by `matrix`,
2348         // it will still be unmatched if the first constructor is replaced by
2349         // any of the constructors in `missing_ctors`
2350
2351         // Missing constructors are those that are not matched by any non-wildcard patterns in the
2352         // current column. We only fully construct them on-demand, because they're rarely used and
2353         // can be big.
2354         let missing_ctors = MissingConstructors::new(all_ctors, used_ctors);
2355
2356         debug!("is_useful_missing_ctors.empty()={:#?}", missing_ctors.is_empty(),);
2357
2358         if missing_ctors.is_empty() {
2359             let (all_ctors, _) = missing_ctors.into_inner();
2360             all_ctors
2361                 .into_iter()
2362                 .flat_map(|ctor| ctor.split(cx, pcx, matrix, None))
2363                 .map(|c| {
2364                     is_useful_specialized(
2365                         cx,
2366                         matrix,
2367                         v,
2368                         c,
2369                         pcx.ty,
2370                         witness_preference,
2371                         hir_id,
2372                         is_under_guard,
2373                     )
2374                 })
2375                 .find(|result| result.is_useful())
2376                 .unwrap_or(NotUseful)
2377         } else {
2378             let matrix = matrix.specialize_wildcard();
2379             let v = v.to_tail();
2380             let usefulness =
2381                 is_useful(cx, &matrix, &v, witness_preference, hir_id, is_under_guard, false);
2382
2383             // In this case, there's at least one "free"
2384             // constructor that is only matched against by
2385             // wildcard patterns.
2386             //
2387             // There are 2 ways we can report a witness here.
2388             // Commonly, we can report all the "free"
2389             // constructors as witnesses, e.g., if we have:
2390             //
2391             // ```
2392             //     enum Direction { N, S, E, W }
2393             //     let Direction::N = ...;
2394             // ```
2395             //
2396             // we can report 3 witnesses: `S`, `E`, and `W`.
2397             //
2398             // However, there is a case where we don't want
2399             // to do this and instead report a single `_` witness:
2400             // if the user didn't actually specify a constructor
2401             // in this arm, e.g., in
2402             //
2403             // ```
2404             //     let x: (Direction, Direction, bool) = ...;
2405             //     let (_, _, false) = x;
2406             // ```
2407             //
2408             // we don't want to show all 16 possible witnesses
2409             // `(<direction-1>, <direction-2>, true)` - we are
2410             // satisfied with `(_, _, true)`. In this case,
2411             // `used_ctors` is empty.
2412             // The exception is: if we are at the top-level, for example in an empty match, we
2413             // sometimes prefer reporting the list of constructors instead of just `_`.
2414             let report_ctors_rather_than_wildcard = is_top_level && !IntRange::is_integral(pcx.ty);
2415             if missing_ctors.all_ctors_are_missing() && !report_ctors_rather_than_wildcard {
2416                 // All constructors are unused. Add a wild pattern
2417                 // rather than each individual constructor.
2418                 usefulness.apply_wildcard(pcx.ty)
2419             } else {
2420                 // Construct for each missing constructor a "wild" version of this
2421                 // constructor, that matches everything that can be built with
2422                 // it. For example, if `ctor` is a `Constructor::Variant` for
2423                 // `Option::Some`, we get the pattern `Some(_)`.
2424                 usefulness.apply_missing_ctors(cx, pcx.ty, &missing_ctors)
2425             }
2426         }
2427     };
2428     debug!("is_useful::returns({:#?}, {:#?}) = {:?}", matrix, v, ret);
2429     ret
2430 }
2431
2432 /// A shorthand for the `U(S(c, P), S(c, q))` operation from the paper. I.e., `is_useful` applied
2433 /// to the specialised version of both the pattern matrix `P` and the new pattern `q`.
2434 fn is_useful_specialized<'p, 'tcx>(
2435     cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
2436     matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
2437     v: &PatStack<'p, 'tcx>,
2438     ctor: Constructor<'tcx>,
2439     ty: Ty<'tcx>,
2440     witness_preference: WitnessPreference,
2441     hir_id: HirId,
2442     is_under_guard: bool,
2443 ) -> Usefulness<'tcx> {
2444     debug!("is_useful_specialized({:#?}, {:#?}, {:?})", v, ctor, ty);
2445
2446     // We cache the result of `Fields::wildcards` because it is used a lot.
2447     let ctor_wild_subpatterns = Fields::wildcards(cx, &ctor, ty);
2448     let matrix = matrix.specialize_constructor(cx, &ctor, &ctor_wild_subpatterns);
2449     v.specialize_constructor(cx, &ctor, &ctor_wild_subpatterns, true)
2450         .map(|v| is_useful(cx, &matrix, &v, witness_preference, hir_id, is_under_guard, false))
2451         .map(|u| u.apply_constructor(cx, &ctor, ty, &ctor_wild_subpatterns))
2452         .unwrap_or(NotUseful)
2453 }
2454
2455 /// Determines the constructor that the given pattern can be specialized to.
2456 /// Returns `None` in case of a catch-all, which can't be specialized.
2457 fn pat_constructor<'tcx>(
2458     tcx: TyCtxt<'tcx>,
2459     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
2460     pat: &Pat<'tcx>,
2461 ) -> Option<Constructor<'tcx>> {
2462     // This MUST be kept in sync with `IntRange::from_pat`.
2463     match *pat.kind {
2464         PatKind::AscribeUserType { .. } => bug!(), // Handled by `expand_pattern`
2465         PatKind::Binding { .. } | PatKind::Wild => None,
2466         PatKind::Leaf { .. } | PatKind::Deref { .. } => Some(Single),
2467         PatKind::Variant { adt_def, variant_index, .. } => {
2468             Some(Variant(adt_def.variants[variant_index].def_id))
2469         }
2470         PatKind::Constant { value } => {
2471             if let Some(int_range) = IntRange::from_const(tcx, param_env, value, pat.span) {
2472                 Some(IntRange(int_range))
2473             } else {
2474                 match value.ty.kind() {
2475                     ty::Float(_) => Some(FloatRange(value, value, RangeEnd::Included)),
2476                     ty::Ref(_, t, _) if t.is_str() => Some(Str(value)),
2477                     // All constants that can be structurally matched have already been expanded
2478                     // into the corresponding `Pat`s by `const_to_pat`. Constants that remain are
2479                     // opaque.
2480                     _ => Some(Opaque),
2481                 }
2482             }
2483         }
2484         PatKind::Range(PatRange { lo, hi, end }) => {
2485             let ty = lo.ty;
2486             if let Some(int_range) = IntRange::from_range(
2487                 tcx,
2488                 lo.eval_bits(tcx, param_env, lo.ty),
2489                 hi.eval_bits(tcx, param_env, hi.ty),
2490                 ty,
2491                 &end,
2492                 pat.span,
2493             ) {
2494                 Some(IntRange(int_range))
2495             } else {
2496                 Some(FloatRange(lo, hi, end))
2497             }
2498         }
2499         PatKind::Array { ref prefix, ref slice, ref suffix }
2500         | PatKind::Slice { ref prefix, ref slice, ref suffix } => {
2501             let array_len = match pat.ty.kind() {
2502                 ty::Array(_, length) => Some(length.eval_usize(tcx, param_env)),
2503                 ty::Slice(_) => None,
2504                 _ => span_bug!(pat.span, "bad ty {:?} for slice pattern", pat.ty),
2505             };
2506             let prefix = prefix.len() as u64;
2507             let suffix = suffix.len() as u64;
2508             let kind =
2509                 if slice.is_some() { VarLen(prefix, suffix) } else { FixedLen(prefix + suffix) };
2510             Some(Slice(Slice { array_len, kind }))
2511         }
2512         PatKind::Or { .. } => bug!("Or-pattern should have been expanded earlier on."),
2513     }
2514 }
2515
2516 /// This is the main specialization step. It expands the pattern
2517 /// into `arity` patterns based on the constructor. For most patterns, the step is trivial,
2518 /// for instance tuple patterns are flattened and box patterns expand into their inner pattern.
2519 /// Returns `None` if the pattern does not have the given constructor.
2520 ///
2521 /// OTOH, slice patterns with a subslice pattern (tail @ ..) can be expanded into multiple
2522 /// different patterns.
2523 /// Structure patterns with a partial wild pattern (Foo { a: 42, .. }) have their missing
2524 /// fields filled with wild patterns.
2525 ///
2526 /// This is roughly the inverse of `Constructor::apply`.
2527 fn specialize_one_pattern<'p, 'tcx>(
2528     cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
2529     pat: &'p Pat<'tcx>,
2530     ctor: &Constructor<'tcx>,
2531     ctor_wild_subpatterns: &Fields<'p, 'tcx>,
2532     is_its_own_ctor: bool, // Whether `ctor` is known to be derived from `pat`
2533 ) -> Option<Fields<'p, 'tcx>> {
2534     if pat.is_wildcard() {
2535         return Some(ctor_wild_subpatterns.clone());
2536     }
2537
2538     let ty = pat.ty;
2539     // `unwrap` is safe because `pat` is not a wildcard.
2540     let pat_ctor = pat_constructor(cx.tcx, cx.param_env, pat).unwrap();
2541
2542     let ctor_covered_by_pat = match (ctor, &pat_ctor) {
2543         (Single, Single) => true,
2544         (Variant(ctor_id), Variant(pat_id)) => ctor_id == pat_id,
2545
2546         (IntRange(ctor_range), IntRange(pat_range)) => {
2547             if ctor_range.intersection(cx.tcx, pat_range).is_some() {
2548                 // Constructor splitting should ensure that all intersections we encounter
2549                 // are actually inclusions.
2550                 assert!(ctor_range.is_subrange(pat_range));
2551                 true
2552             } else {
2553                 false
2554             }
2555         }
2556         (FloatRange(ctor_from, ctor_to, ctor_end), FloatRange(pat_from, pat_to, pat_end)) => {
2557             let to = compare_const_vals(cx.tcx, ctor_to, pat_to, cx.param_env, ty)?;
2558             let from = compare_const_vals(cx.tcx, ctor_from, pat_from, cx.param_env, ty)?;
2559             (from == Ordering::Greater || from == Ordering::Equal)
2560                 && (to == Ordering::Less || (pat_end == ctor_end && to == Ordering::Equal))
2561         }
2562         (Str(ctor_val), Str(pat_val)) => {
2563             // FIXME: there's probably a more direct way of comparing for equality
2564             let comparison = compare_const_vals(cx.tcx, ctor_val, pat_val, cx.param_env, ty)?;
2565             comparison == Ordering::Equal
2566         }
2567
2568         (Slice(ctor_slice), Slice(pat_slice)) => {
2569             pat_slice.pattern_kind().covers_length(ctor_slice.arity())
2570         }
2571
2572         // Only a wildcard pattern can match an opaque constant, unless we're specializing the
2573         // value against its own constructor. That happens when we call
2574         // `v.specialize_constructor(ctor)` with `ctor` obtained from `pat_constructor(v.head())`.
2575         // For example, in the following match, when we are dealing with the third branch, we will
2576         // specialize with an `Opaque` ctor. We want to ignore the second branch because opaque
2577         // constants should not be inspected, but we don't want to ignore the current (third)
2578         // branch, as that would cause us to always conclude that such a branch is unreachable.
2579         // ```rust
2580         // #[derive(PartialEq)]
2581         // struct Foo(i32);
2582         // impl Eq for Foo {}
2583         // const FOO: Foo = Foo(42);
2584         //
2585         // match (Foo(0), true) {
2586         //     (_, true) => {}
2587         //     (FOO, true) => {}
2588         //     (FOO, false) => {}
2589         // }
2590         // ```
2591         (Opaque, Opaque) if is_its_own_ctor => true,
2592         // We are trying to inspect an opaque constant. Thus we skip the row.
2593         (Opaque, _) | (_, Opaque) => false,
2594         // Only a wildcard pattern can match the special extra constructor.
2595         (NonExhaustive, _) => false,
2596
2597         _ => bug!("trying to specialize pattern {:?} with constructor {:?}", pat, ctor),
2598     };
2599
2600     if !ctor_covered_by_pat {
2601         return None;
2602     }
2603
2604     let fields = match pat.kind.as_ref() {
2605         PatKind::Deref { subpattern } => Fields::from_single_pattern(subpattern),
2606         PatKind::Leaf { subpatterns } | PatKind::Variant { subpatterns, .. } => {
2607             ctor_wild_subpatterns.replace_with_fieldpats(subpatterns)
2608         }
2609         PatKind::Array { prefix, suffix, .. } | PatKind::Slice { prefix, suffix, .. } => {
2610             // Number of subpatterns for the constructor
2611             let ctor_arity = ctor_wild_subpatterns.len();
2612
2613             // Replace the prefix and the suffix with the given patterns, leaving wildcards in
2614             // the middle if there was a subslice pattern `..`.
2615             let prefix = prefix.iter().enumerate();
2616             let suffix = suffix.iter().enumerate().map(|(i, p)| (ctor_arity - suffix.len() + i, p));
2617             ctor_wild_subpatterns.replace_fields_indexed(prefix.chain(suffix))
2618         }
2619         _ => ctor_wild_subpatterns.clone(),
2620     };
2621
2622     debug!("specialize({:#?}, {:#?}, {:#?}) = {:#?}", pat, ctor, ctor_wild_subpatterns, fields);
2623
2624     Some(fields)
2625 }