]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - compiler/rustc_mir_build/src/thir/pattern/_match.rs
Rollup merge of #76835 - matthiaskrgr:replace_prefix, r=lcnr
[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 //!     // x: (Option<bool>, Result<()>)
83 //!     match x {
84 //!         (Some(true), _) => {}
85 //!         (None, Err(())) => {}
86 //!         (None, Err(_)) => {}
87 //!     }
88 //! ```
89 //! Here, the matrix `P` starts as:
90 //! [
91 //!     [(Some(true), _)],
92 //!     [(None, Err(()))],
93 //!     [(None, Err(_))],
94 //! ]
95 //! We can tell it's not exhaustive, because `U(P, _)` is true (we're not covering
96 //! `[(Some(false), _)]`, for instance). In addition, row 3 is not useful, because
97 //! all the values it covers are already covered by row 2.
98 //!
99 //! A list of patterns can be thought of as a stack, because we are mainly interested in the top of
100 //! the stack at any given point, and we can pop or apply constructors to get new pattern-stacks.
101 //! To match the paper, the top of the stack is at the beginning / on the left.
102 //!
103 //! There are two important operations on pattern-stacks necessary to understand the algorithm:
104 //!
105 //! 1. We can pop a given constructor off the top of a stack. This operation is called
106 //!    `specialize`, and is denoted `S(c, p)` where `c` is a constructor (like `Some` or
107 //!    `None`) and `p` a pattern-stack.
108 //!    If the pattern on top of the stack can cover `c`, this removes the constructor and
109 //!    pushes its arguments onto the stack. It also expands OR-patterns into distinct patterns.
110 //!    Otherwise the pattern-stack is discarded.
111 //!    This essentially filters those pattern-stacks whose top covers the constructor `c` and
112 //!    discards the others.
113 //!
114 //!    For example, the first pattern above initially gives a stack `[(Some(true), _)]`. If we
115 //!    pop the tuple constructor, we are left with `[Some(true), _]`, and if we then pop the
116 //!    `Some` constructor we get `[true, _]`. If we had popped `None` instead, we would get
117 //!    nothing back.
118 //!
119 //!    This returns zero or more new pattern-stacks, as follows. We look at the pattern `p_1`
120 //!    on top of the stack, and we have four cases:
121 //!         1.1. `p_1 = c(r_1, .., r_a)`, i.e. the top of the stack has constructor `c`. We
122 //!              push onto the stack the arguments of this constructor, and return the result:
123 //!                 r_1, .., r_a, p_2, .., p_n
124 //!         1.2. `p_1 = c'(r_1, .., r_a')` where `c ≠ c'`. We discard the current stack and
125 //!              return nothing.
126 //!         1.3. `p_1 = _`. We push onto the stack as many wildcards as the constructor `c` has
127 //!              arguments (its arity), and return the resulting stack:
128 //!                 _, .., _, p_2, .., p_n
129 //!         1.4. `p_1 = r_1 | r_2`. We expand the OR-pattern and then recurse on each resulting
130 //!              stack:
131 //!                 S(c, (r_1, p_2, .., p_n))
132 //!                 S(c, (r_2, p_2, .., p_n))
133 //!
134 //! 2. We can pop a wildcard off the top of the stack. This is called `D(p)`, where `p` is
135 //!    a pattern-stack.
136 //!    This is used when we know there are missing constructor cases, but there might be
137 //!    existing wildcard patterns, so to check the usefulness of the matrix, we have to check
138 //!    all its *other* components.
139 //!
140 //!    It is computed as follows. We look at the pattern `p_1` on top of the stack,
141 //!    and we have three cases:
142 //!         1.1. `p_1 = c(r_1, .., r_a)`. We discard the current stack and return nothing.
143 //!         1.2. `p_1 = _`. We return the rest of the stack:
144 //!                 p_2, .., p_n
145 //!         1.3. `p_1 = r_1 | r_2`. We expand the OR-pattern and then recurse on each resulting
146 //!           stack.
147 //!                 D((r_1, p_2, .., p_n))
148 //!                 D((r_2, p_2, .., p_n))
149 //!
150 //! Note that the OR-patterns are not always used directly in Rust, but are used to derive the
151 //! exhaustive integer matching rules, so they're written here for posterity.
152 //!
153 //! Both those operations extend straightforwardly to a list or pattern-stacks, i.e. a matrix, by
154 //! working row-by-row. Popping a constructor ends up keeping only the matrix rows that start with
155 //! the given constructor, and popping a wildcard keeps those rows that start with a wildcard.
156 //!
157 //!
158 //! The algorithm for computing `U`
159 //! -------------------------------
160 //! The algorithm is inductive (on the number of columns: i.e., components of tuple patterns).
161 //! That means we're going to check the components from left-to-right, so the algorithm
162 //! operates principally on the first component of the matrix and new pattern-stack `p`.
163 //! This algorithm is realised in the `is_useful` function.
164 //!
165 //! Base case. (`n = 0`, i.e., an empty tuple pattern)
166 //!     - If `P` already contains an empty pattern (i.e., if the number of patterns `m > 0`),
167 //!       then `U(P, p)` is false.
168 //!     - Otherwise, `P` must be empty, so `U(P, p)` is true.
169 //!
170 //! Inductive step. (`n > 0`, i.e., whether there's at least one column
171 //!                  [which may then be expanded into further columns later])
172 //! We're going to match on the top of the new pattern-stack, `p_1`.
173 //!     - If `p_1 == c(r_1, .., r_a)`, i.e. we have a constructor pattern.
174 //! Then, the usefulness of `p_1` can be reduced to whether it is useful when
175 //! we ignore all the patterns in the first column of `P` that involve other constructors.
176 //! This is where `S(c, P)` comes in:
177 //! `U(P, p) := U(S(c, P), S(c, p))`
178 //! This special case is handled in `is_useful_specialized`.
179 //!
180 //! For example, if `P` is:
181 //! [
182 //! [Some(true), _],
183 //! [None, 0],
184 //! ]
185 //! and `p` is [Some(false), 0], then we don't care about row 2 since we know `p` only
186 //! matches values that row 2 doesn't. For row 1 however, we need to dig into the
187 //! arguments of `Some` to know whether some new value is covered. So we compute
188 //! `U([[true, _]], [false, 0])`.
189 //!
190 //!   - If `p_1 == _`, then we look at the list of constructors that appear in the first
191 //! component of the rows of `P`:
192 //!   + If there are some constructors that aren't present, then we might think that the
193 //! wildcard `_` is useful, since it covers those constructors that weren't covered
194 //! before.
195 //! That's almost correct, but only works if there were no wildcards in those first
196 //! components. So we need to check that `p` is useful with respect to the rows that
197 //! start with a wildcard, if there are any. This is where `D` comes in:
198 //! `U(P, p) := U(D(P), D(p))`
199 //!
200 //! For example, if `P` is:
201 //! [
202 //!     [_, true, _],
203 //!     [None, false, 1],
204 //! ]
205 //! and `p` is [_, false, _], the `Some` constructor doesn't appear in `P`. So if we
206 //! only had row 2, we'd know that `p` is useful. However row 1 starts with a
207 //! wildcard, so we need to check whether `U([[true, _]], [false, 1])`.
208 //!
209 //!   + Otherwise, all possible constructors (for the relevant type) are present. In this
210 //! case we must check whether the wildcard pattern covers any unmatched value. For
211 //! that, we can think of the `_` pattern as a big OR-pattern that covers all
212 //! possible constructors. For `Option`, that would mean `_ = None | Some(_)` for
213 //! example. The wildcard pattern is useful in this case if it is useful when
214 //! specialized to one of the possible constructors. So we compute:
215 //! `U(P, p) := ∃(k ϵ constructors) U(S(k, P), S(k, p))`
216 //!
217 //! For example, if `P` is:
218 //! [
219 //!     [Some(true), _],
220 //!     [None, false],
221 //! ]
222 //! and `p` is [_, false], both `None` and `Some` constructors appear in the first
223 //! components of `P`. We will therefore try popping both constructors in turn: we
224 //! compute `U([[true, _]], [_, false])` for the `Some` constructor, and `U([[false]],
225 //! [false])` for the `None` constructor. The first case returns true, so we know that
226 //! `p` is useful for `P`. Indeed, it matches `[Some(false), _]` that wasn't matched
227 //! before.
228 //!
229 //!   - If `p_1 == r_1 | r_2`, then the usefulness depends on each `r_i` separately:
230 //! `U(P, p) := U(P, (r_1, p_2, .., p_n))
231 //!  || U(P, (r_2, p_2, .., p_n))`
232 //!
233 //! Modifications to the algorithm
234 //! ------------------------------
235 //! The algorithm in the paper doesn't cover some of the special cases that arise in Rust, for
236 //! example uninhabited types and variable-length slice patterns. These are drawn attention to
237 //! throughout the code below. I'll make a quick note here about how exhaustive integer matching is
238 //! accounted for, though.
239 //!
240 //! Exhaustive integer matching
241 //! ---------------------------
242 //! An integer type can be thought of as a (huge) sum type: 1 | 2 | 3 | ...
243 //! So to support exhaustive integer matching, we can make use of the logic in the paper for
244 //! OR-patterns. However, we obviously can't just treat ranges x..=y as individual sums, because
245 //! they are likely gigantic. So we instead treat ranges as constructors of the integers. This means
246 //! that we have a constructor *of* constructors (the integers themselves). We then need to work
247 //! through all the inductive step rules above, deriving how the ranges would be treated as
248 //! OR-patterns, and making sure that they're treated in the same way even when they're ranges.
249 //! There are really only four special cases here:
250 //! - When we match on a constructor that's actually a range, we have to treat it as if we would
251 //!   an OR-pattern.
252 //!     + It turns out that we can simply extend the case for single-value patterns in
253 //!      `specialize` to either be *equal* to a value constructor, or *contained within* a range
254 //!      constructor.
255 //!     + When the pattern itself is a range, you just want to tell whether any of the values in
256 //!       the pattern range coincide with values in the constructor range, which is precisely
257 //!       intersection.
258 //!   Since when encountering a range pattern for a value constructor, we also use inclusion, it
259 //!   means that whenever the constructor is a value/range and the pattern is also a value/range,
260 //!   we can simply use intersection to test usefulness.
261 //! - When we're testing for usefulness of a pattern and the pattern's first component is a
262 //!   wildcard.
263 //!     + If all the constructors appear in the matrix, we have a slight complication. By default,
264 //!       the behaviour (i.e., a disjunction over specialised matrices for each constructor) is
265 //!       invalid, because we want a disjunction over every *integer* in each range, not just a
266 //!       disjunction over every range. This is a bit more tricky to deal with: essentially we need
267 //!       to form equivalence classes of subranges of the constructor range for which the behaviour
268 //!       of the matrix `P` and new pattern `p` are the same. This is described in more
269 //!       detail in `split_grouped_constructors`.
270 //!     + If some constructors are missing from the matrix, it turns out we don't need to do
271 //!       anything special (because we know none of the integers are actually wildcards: i.e., we
272 //!       can't span wildcards using ranges).
273 use self::Constructor::*;
274 use self::SliceKind::*;
275 use self::Usefulness::*;
276 use self::WitnessPreference::*;
277
278 use rustc_data_structures::captures::Captures;
279 use rustc_data_structures::fx::FxHashSet;
280 use rustc_index::vec::Idx;
281
282 use super::{compare_const_vals, PatternFoldable, PatternFolder};
283 use super::{FieldPat, Pat, PatKind, PatRange};
284
285 use rustc_arena::TypedArena;
286 use rustc_attr::{SignedInt, UnsignedInt};
287 use rustc_errors::ErrorReported;
288 use rustc_hir::def_id::DefId;
289 use rustc_hir::{HirId, RangeEnd};
290 use rustc_middle::mir::interpret::{truncate, AllocId, ConstValue, Pointer, Scalar};
291 use rustc_middle::mir::Field;
292 use rustc_middle::ty::layout::IntegerExt;
293 use rustc_middle::ty::{self, Const, Ty, TyCtxt};
294 use rustc_session::lint;
295 use rustc_span::{Span, DUMMY_SP};
296 use rustc_target::abi::{Integer, Size, VariantIdx};
297
298 use smallvec::{smallvec, SmallVec};
299 use std::borrow::Cow;
300 use std::cmp::{self, max, min, Ordering};
301 use std::convert::TryInto;
302 use std::fmt;
303 use std::iter::{FromIterator, IntoIterator};
304 use std::ops::RangeInclusive;
305
306 crate fn expand_pattern<'a, 'tcx>(cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>, pat: Pat<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
307     LiteralExpander { tcx: cx.tcx, param_env: cx.param_env }.fold_pattern(&pat)
308 }
309
310 struct LiteralExpander<'tcx> {
311     tcx: TyCtxt<'tcx>,
312     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
313 }
314
315 impl<'tcx> LiteralExpander<'tcx> {
316     /// Derefs `val` and potentially unsizes the value if `crty` is an array and `rty` a slice.
317     ///
318     /// `crty` and `rty` can differ because you can use array constants in the presence of slice
319     /// patterns. So the pattern may end up being a slice, but the constant is an array. We convert
320     /// the array to a slice in that case.
321     fn fold_const_value_deref(
322         &mut self,
323         val: ConstValue<'tcx>,
324         // the pattern's pointee type
325         rty: Ty<'tcx>,
326         // the constant's pointee type
327         crty: Ty<'tcx>,
328     ) -> ConstValue<'tcx> {
329         debug!("fold_const_value_deref {:?} {:?} {:?}", val, rty, crty);
330         match (val, &crty.kind(), &rty.kind()) {
331             // the easy case, deref a reference
332             (ConstValue::Scalar(p), x, y) if x == y => {
333                 match p {
334                     Scalar::Ptr(p) => {
335                         let alloc = self.tcx.global_alloc(p.alloc_id).unwrap_memory();
336                         ConstValue::ByRef { alloc, offset: p.offset }
337                     }
338                     Scalar::Raw { .. } => {
339                         let layout = self.tcx.layout_of(self.param_env.and(rty)).unwrap();
340                         if layout.is_zst() {
341                             // Deref of a reference to a ZST is a nop.
342                             ConstValue::Scalar(Scalar::zst())
343                         } else {
344                             // FIXME(oli-obk): this is reachable for `const FOO: &&&u32 = &&&42;`
345                             bug!("cannot deref {:#?}, {} -> {}", val, crty, rty);
346                         }
347                     }
348                 }
349             }
350             // unsize array to slice if pattern is array but match value or other patterns are slice
351             (ConstValue::Scalar(Scalar::Ptr(p)), ty::Array(t, n), ty::Slice(u)) => {
352                 assert_eq!(t, u);
353                 ConstValue::Slice {
354                     data: self.tcx.global_alloc(p.alloc_id).unwrap_memory(),
355                     start: p.offset.bytes().try_into().unwrap(),
356                     end: n.eval_usize(self.tcx, ty::ParamEnv::empty()).try_into().unwrap(),
357                 }
358             }
359             // fat pointers stay the same
360             (ConstValue::Slice { .. }, _, _)
361             | (_, ty::Slice(_), ty::Slice(_))
362             | (_, ty::Str, ty::Str) => val,
363             // FIXME(oli-obk): this is reachable for `const FOO: &&&u32 = &&&42;` being used
364             _ => bug!("cannot deref {:#?}, {} -> {}", val, crty, rty),
365         }
366     }
367 }
368
369 impl<'tcx> PatternFolder<'tcx> for LiteralExpander<'tcx> {
370     fn fold_pattern(&mut self, pat: &Pat<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
371         debug!("fold_pattern {:?} {:?} {:?}", pat, pat.ty.kind(), pat.kind);
372         match (pat.ty.kind(), &*pat.kind) {
373             (&ty::Ref(_, rty, _), &PatKind::Constant { value: Const { val, ty: const_ty } })
374                 if const_ty.is_ref() =>
375             {
376                 let crty =
377                     if let ty::Ref(_, crty, _) = const_ty.kind() { crty } else { unreachable!() };
378                 if let ty::ConstKind::Value(val) = val {
379                     Pat {
380                         ty: pat.ty,
381                         span: pat.span,
382                         kind: box PatKind::Deref {
383                             subpattern: Pat {
384                                 ty: rty,
385                                 span: pat.span,
386                                 kind: box PatKind::Constant {
387                                     value: Const::from_value(
388                                         self.tcx,
389                                         self.fold_const_value_deref(*val, rty, crty),
390                                         rty,
391                                     ),
392                                 },
393                             },
394                         },
395                     }
396                 } else {
397                     bug!("cannot deref {:#?}, {} -> {}", val, crty, rty)
398                 }
399             }
400
401             (_, &PatKind::Binding { subpattern: Some(ref s), .. }) => s.fold_with(self),
402             (_, &PatKind::AscribeUserType { subpattern: ref s, .. }) => s.fold_with(self),
403             _ => pat.super_fold_with(self),
404         }
405     }
406 }
407
408 impl<'tcx> Pat<'tcx> {
409     pub(super) fn is_wildcard(&self) -> bool {
410         match *self.kind {
411             PatKind::Binding { subpattern: None, .. } | PatKind::Wild => true,
412             _ => false,
413         }
414     }
415 }
416
417 /// A row of a matrix. Rows of len 1 are very common, which is why `SmallVec[_; 2]`
418 /// works well.
419 #[derive(Debug, Clone)]
420 crate struct PatStack<'p, 'tcx>(SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>);
421
422 impl<'p, 'tcx> PatStack<'p, 'tcx> {
423     crate fn from_pattern(pat: &'p Pat<'tcx>) -> Self {
424         PatStack(smallvec![pat])
425     }
426
427     fn from_vec(vec: SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>) -> Self {
428         PatStack(vec)
429     }
430
431     fn from_slice(s: &[&'p Pat<'tcx>]) -> Self {
432         PatStack(SmallVec::from_slice(s))
433     }
434
435     fn is_empty(&self) -> bool {
436         self.0.is_empty()
437     }
438
439     fn len(&self) -> usize {
440         self.0.len()
441     }
442
443     fn head(&self) -> &'p Pat<'tcx> {
444         self.0[0]
445     }
446
447     fn to_tail(&self) -> Self {
448         PatStack::from_slice(&self.0[1..])
449     }
450
451     fn iter(&self) -> impl Iterator<Item = &Pat<'tcx>> {
452         self.0.iter().copied()
453     }
454
455     // If the first pattern is an or-pattern, expand this pattern. Otherwise, return `None`.
456     fn expand_or_pat(&self) -> Option<Vec<Self>> {
457         if self.is_empty() {
458             None
459         } else if let PatKind::Or { pats } = &*self.head().kind {
460             Some(
461                 pats.iter()
462                     .map(|pat| {
463                         let mut new_patstack = PatStack::from_pattern(pat);
464                         new_patstack.0.extend_from_slice(&self.0[1..]);
465                         new_patstack
466                     })
467                     .collect(),
468             )
469         } else {
470             None
471         }
472     }
473
474     /// This computes `D(self)`. See top of the file for explanations.
475     fn specialize_wildcard(&self) -> Option<Self> {
476         if self.head().is_wildcard() { Some(self.to_tail()) } else { None }
477     }
478
479     /// This computes `S(constructor, self)`. See top of the file for explanations.
480     fn specialize_constructor(
481         &self,
482         cx: &mut MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
483         constructor: &Constructor<'tcx>,
484         ctor_wild_subpatterns: &Fields<'p, 'tcx>,
485     ) -> Option<PatStack<'p, 'tcx>> {
486         let new_fields =
487             specialize_one_pattern(cx, self.head(), constructor, ctor_wild_subpatterns)?;
488         Some(new_fields.push_on_patstack(&self.0[1..]))
489     }
490 }
491
492 impl<'p, 'tcx> Default for PatStack<'p, 'tcx> {
493     fn default() -> Self {
494         PatStack(smallvec![])
495     }
496 }
497
498 impl<'p, 'tcx> FromIterator<&'p Pat<'tcx>> for PatStack<'p, 'tcx> {
499     fn from_iter<T>(iter: T) -> Self
500     where
501         T: IntoIterator<Item = &'p Pat<'tcx>>,
502     {
503         PatStack(iter.into_iter().collect())
504     }
505 }
506
507 /// A 2D matrix.
508 #[derive(Clone)]
509 crate struct Matrix<'p, 'tcx>(Vec<PatStack<'p, 'tcx>>);
510
511 impl<'p, 'tcx> Matrix<'p, 'tcx> {
512     crate fn empty() -> Self {
513         Matrix(vec![])
514     }
515
516     /// Pushes a new row to the matrix. If the row starts with an or-pattern, this expands it.
517     crate fn push(&mut self, row: PatStack<'p, 'tcx>) {
518         if let Some(rows) = row.expand_or_pat() {
519             for row in rows {
520                 // We recursively expand the or-patterns of the new rows.
521                 // This is necessary as we might have `0 | (1 | 2)` or e.g., `x @ 0 | x @ (1 | 2)`.
522                 self.push(row)
523             }
524         } else {
525             self.0.push(row);
526         }
527     }
528
529     /// Iterate over the first component of each row
530     fn heads<'a>(&'a self) -> impl Iterator<Item = &'a Pat<'tcx>> + Captures<'p> {
531         self.0.iter().map(|r| r.head())
532     }
533
534     /// This computes `D(self)`. See top of the file for explanations.
535     fn specialize_wildcard(&self) -> Self {
536         self.0.iter().filter_map(|r| r.specialize_wildcard()).collect()
537     }
538
539     /// This computes `S(constructor, self)`. See top of the file for explanations.
540     fn specialize_constructor(
541         &self,
542         cx: &mut MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
543         constructor: &Constructor<'tcx>,
544         ctor_wild_subpatterns: &Fields<'p, 'tcx>,
545     ) -> Matrix<'p, 'tcx> {
546         self.0
547             .iter()
548             .filter_map(|r| r.specialize_constructor(cx, constructor, ctor_wild_subpatterns))
549             .collect()
550     }
551 }
552
553 /// Pretty-printer for matrices of patterns, example:
554 ///
555 /// ```text
556 /// +++++++++++++++++++++++++++++
557 /// + _     + []                +
558 /// +++++++++++++++++++++++++++++
559 /// + true  + [First]           +
560 /// +++++++++++++++++++++++++++++
561 /// + true  + [Second(true)]    +
562 /// +++++++++++++++++++++++++++++
563 /// + false + [_]               +
564 /// +++++++++++++++++++++++++++++
565 /// + _     + [_, _, tail @ ..] +
566 /// +++++++++++++++++++++++++++++
567 impl<'p, 'tcx> fmt::Debug for Matrix<'p, 'tcx> {
568     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
569         write!(f, "\n")?;
570
571         let &Matrix(ref m) = self;
572         let pretty_printed_matrix: Vec<Vec<String>> =
573             m.iter().map(|row| row.iter().map(|pat| format!("{:?}", pat)).collect()).collect();
574
575         let column_count = m.iter().map(|row| row.len()).max().unwrap_or(0);
576         assert!(m.iter().all(|row| row.len() == column_count));
577         let column_widths: Vec<usize> = (0..column_count)
578             .map(|col| pretty_printed_matrix.iter().map(|row| row[col].len()).max().unwrap_or(0))
579             .collect();
580
581         let total_width = column_widths.iter().cloned().sum::<usize>() + column_count * 3 + 1;
582         let br = "+".repeat(total_width);
583         write!(f, "{}\n", br)?;
584         for row in pretty_printed_matrix {
585             write!(f, "+")?;
586             for (column, pat_str) in row.into_iter().enumerate() {
587                 write!(f, " ")?;
588                 write!(f, "{:1$}", pat_str, column_widths[column])?;
589                 write!(f, " +")?;
590             }
591             write!(f, "\n")?;
592             write!(f, "{}\n", br)?;
593         }
594         Ok(())
595     }
596 }
597
598 impl<'p, 'tcx> FromIterator<PatStack<'p, 'tcx>> for Matrix<'p, 'tcx> {
599     fn from_iter<T>(iter: T) -> Self
600     where
601         T: IntoIterator<Item = PatStack<'p, 'tcx>>,
602     {
603         let mut matrix = Matrix::empty();
604         for x in iter {
605             // Using `push` ensures we correctly expand or-patterns.
606             matrix.push(x);
607         }
608         matrix
609     }
610 }
611
612 crate struct MatchCheckCtxt<'a, 'tcx> {
613     crate tcx: TyCtxt<'tcx>,
614     /// The module in which the match occurs. This is necessary for
615     /// checking inhabited-ness of types because whether a type is (visibly)
616     /// inhabited can depend on whether it was defined in the current module or
617     /// not. E.g., `struct Foo { _private: ! }` cannot be seen to be empty
618     /// outside it's module and should not be matchable with an empty match
619     /// statement.
620     crate module: DefId,
621     crate param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
622     crate pattern_arena: &'a TypedArena<Pat<'tcx>>,
623 }
624
625 impl<'a, 'tcx> MatchCheckCtxt<'a, 'tcx> {
626     fn is_uninhabited(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
627         if self.tcx.features().exhaustive_patterns {
628             self.tcx.is_ty_uninhabited_from(self.module, ty, self.param_env)
629         } else {
630             false
631         }
632     }
633
634     /// Returns whether the given type is an enum from another crate declared `#[non_exhaustive]`.
635     crate fn is_foreign_non_exhaustive_enum(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
636         match ty.kind() {
637             ty::Adt(def, ..) => {
638                 def.is_enum() && def.is_variant_list_non_exhaustive() && !def.did.is_local()
639             }
640             _ => false,
641         }
642     }
643 }
644
645 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq)]
646 enum SliceKind {
647     /// Patterns of length `n` (`[x, y]`).
648     FixedLen(u64),
649     /// Patterns using the `..` notation (`[x, .., y]`).
650     /// Captures any array constructor of `length >= i + j`.
651     /// In the case where `array_len` is `Some(_)`,
652     /// this indicates that we only care about the first `i` and the last `j` values of the array,
653     /// and everything in between is a wildcard `_`.
654     VarLen(u64, u64),
655 }
656
657 impl SliceKind {
658     fn arity(self) -> u64 {
659         match self {
660             FixedLen(length) => length,
661             VarLen(prefix, suffix) => prefix + suffix,
662         }
663     }
664
665     /// Whether this pattern includes patterns of length `other_len`.
666     fn covers_length(self, other_len: u64) -> bool {
667         match self {
668             FixedLen(len) => len == other_len,
669             VarLen(prefix, suffix) => prefix + suffix <= other_len,
670         }
671     }
672
673     /// Returns a collection of slices that spans the values covered by `self`, subtracted by the
674     /// values covered by `other`: i.e., `self \ other` (in set notation).
675     fn subtract(self, other: Self) -> SmallVec<[Self; 1]> {
676         // Remember, `VarLen(i, j)` covers the union of `FixedLen` from `i + j` to infinity.
677         // Naming: we remove the "neg" constructors from the "pos" ones.
678         match self {
679             FixedLen(pos_len) => {
680                 if other.covers_length(pos_len) {
681                     smallvec![]
682                 } else {
683                     smallvec![self]
684                 }
685             }
686             VarLen(pos_prefix, pos_suffix) => {
687                 let pos_len = pos_prefix + pos_suffix;
688                 match other {
689                     FixedLen(neg_len) => {
690                         if neg_len < pos_len {
691                             smallvec![self]
692                         } else {
693                             (pos_len..neg_len)
694                                 .map(FixedLen)
695                                 // We know that `neg_len + 1 >= pos_len >= pos_suffix`.
696                                 .chain(Some(VarLen(neg_len + 1 - pos_suffix, pos_suffix)))
697                                 .collect()
698                         }
699                     }
700                     VarLen(neg_prefix, neg_suffix) => {
701                         let neg_len = neg_prefix + neg_suffix;
702                         if neg_len <= pos_len {
703                             smallvec![]
704                         } else {
705                             (pos_len..neg_len).map(FixedLen).collect()
706                         }
707                     }
708                 }
709             }
710         }
711     }
712 }
713
714 /// A constructor for array and slice patterns.
715 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq)]
716 struct Slice {
717     /// `None` if the matched value is a slice, `Some(n)` if it is an array of size `n`.
718     array_len: Option<u64>,
719     /// The kind of pattern it is: fixed-length `[x, y]` or variable length `[x, .., y]`.
720     kind: SliceKind,
721 }
722
723 impl Slice {
724     /// Returns what patterns this constructor covers: either fixed-length patterns or
725     /// variable-length patterns.
726     fn pattern_kind(self) -> SliceKind {
727         match self {
728             Slice { array_len: Some(len), kind: VarLen(prefix, suffix) }
729                 if prefix + suffix == len =>
730             {
731                 FixedLen(len)
732             }
733             _ => self.kind,
734         }
735     }
736
737     /// Returns what values this constructor covers: either values of only one given length, or
738     /// values of length above a given length.
739     /// This is different from `pattern_kind()` because in some cases the pattern only takes into
740     /// account a subset of the entries of the array, but still only captures values of a given
741     /// length.
742     fn value_kind(self) -> SliceKind {
743         match self {
744             Slice { array_len: Some(len), kind: VarLen(_, _) } => FixedLen(len),
745             _ => self.kind,
746         }
747     }
748
749     fn arity(self) -> u64 {
750         self.pattern_kind().arity()
751     }
752 }
753
754 /// A value can be decomposed into a constructor applied to some fields. This struct represents
755 /// the constructor. See also `Fields`.
756 ///
757 /// `pat_constructor` retrieves the constructor corresponding to a pattern.
758 /// `specialize_one_pattern` returns the list of fields corresponding to a pattern, given a
759 /// constructor. `Constructor::apply` reconstructs the pattern from a pair of `Constructor` and
760 /// `Fields`.
761 #[derive(Clone, Debug, PartialEq)]
762 enum Constructor<'tcx> {
763     /// The constructor for patterns that have a single constructor, like tuples, struct patterns
764     /// and fixed-length arrays.
765     Single,
766     /// Enum variants.
767     Variant(DefId),
768     /// Literal values.
769     ConstantValue(&'tcx ty::Const<'tcx>),
770     /// Ranges of integer literal values (`2`, `2..=5` or `2..5`).
771     IntRange(IntRange<'tcx>),
772     /// Ranges of floating-point literal values (`2.0..=5.2`).
773     FloatRange(&'tcx ty::Const<'tcx>, &'tcx ty::Const<'tcx>, RangeEnd),
774     /// Array and slice patterns.
775     Slice(Slice),
776     /// Fake extra constructor for enums that aren't allowed to be matched exhaustively.
777     NonExhaustive,
778 }
779
780 impl<'tcx> Constructor<'tcx> {
781     fn is_slice(&self) -> bool {
782         match self {
783             Slice(_) => true,
784             _ => false,
785         }
786     }
787
788     fn variant_index_for_adt<'a>(
789         &self,
790         cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
791         adt: &'tcx ty::AdtDef,
792     ) -> VariantIdx {
793         match *self {
794             Variant(id) => adt.variant_index_with_id(id),
795             Single => {
796                 assert!(!adt.is_enum());
797                 VariantIdx::new(0)
798             }
799             ConstantValue(c) => cx
800                 .tcx
801                 .destructure_const(cx.param_env.and(c))
802                 .variant
803                 .expect("destructed const of adt without variant id"),
804             _ => bug!("bad constructor {:?} for adt {:?}", self, adt),
805         }
806     }
807
808     // Returns the set of constructors covered by `self` but not by
809     // anything in `other_ctors`.
810     fn subtract_ctors(&self, other_ctors: &Vec<Constructor<'tcx>>) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
811         if other_ctors.is_empty() {
812             return vec![self.clone()];
813         }
814
815         match self {
816             // Those constructors can only match themselves.
817             Single | Variant(_) | ConstantValue(..) | FloatRange(..) => {
818                 if other_ctors.iter().any(|c| c == self) { vec![] } else { vec![self.clone()] }
819             }
820             &Slice(slice) => {
821                 let mut other_slices = other_ctors
822                     .iter()
823                     .filter_map(|c: &Constructor<'_>| match c {
824                         Slice(slice) => Some(*slice),
825                         // FIXME(oli-obk): implement `deref` for `ConstValue`
826                         ConstantValue(..) => None,
827                         _ => bug!("bad slice pattern constructor {:?}", c),
828                     })
829                     .map(Slice::value_kind);
830
831                 match slice.value_kind() {
832                     FixedLen(self_len) => {
833                         if other_slices.any(|other_slice| other_slice.covers_length(self_len)) {
834                             vec![]
835                         } else {
836                             vec![Slice(slice)]
837                         }
838                     }
839                     kind @ VarLen(..) => {
840                         let mut remaining_slices = vec![kind];
841
842                         // For each used slice, subtract from the current set of slices.
843                         for other_slice in other_slices {
844                             remaining_slices = remaining_slices
845                                 .into_iter()
846                                 .flat_map(|remaining_slice| remaining_slice.subtract(other_slice))
847                                 .collect();
848
849                             // If the constructors that have been considered so far already cover
850                             // the entire range of `self`, no need to look at more constructors.
851                             if remaining_slices.is_empty() {
852                                 break;
853                             }
854                         }
855
856                         remaining_slices
857                             .into_iter()
858                             .map(|kind| Slice { array_len: slice.array_len, kind })
859                             .map(Slice)
860                             .collect()
861                     }
862                 }
863             }
864             IntRange(self_range) => {
865                 let mut remaining_ranges = vec![self_range.clone()];
866                 for other_ctor in other_ctors {
867                     if let IntRange(other_range) = other_ctor {
868                         if other_range == self_range {
869                             // If the `self` range appears directly in a `match` arm, we can
870                             // eliminate it straight away.
871                             remaining_ranges = vec![];
872                         } else {
873                             // Otherwise explicitly compute the remaining ranges.
874                             remaining_ranges = other_range.subtract_from(remaining_ranges);
875                         }
876
877                         // If the ranges that have been considered so far already cover the entire
878                         // range of values, we can return early.
879                         if remaining_ranges.is_empty() {
880                             break;
881                         }
882                     }
883                 }
884
885                 // Convert the ranges back into constructors.
886                 remaining_ranges.into_iter().map(IntRange).collect()
887             }
888             // This constructor is never covered by anything else
889             NonExhaustive => vec![NonExhaustive],
890         }
891     }
892
893     /// Apply a constructor to a list of patterns, yielding a new pattern. `pats`
894     /// must have as many elements as this constructor's arity.
895     ///
896     /// This is roughly the inverse of `specialize_one_pattern`.
897     ///
898     /// Examples:
899     /// `self`: `Constructor::Single`
900     /// `ty`: `(u32, u32, u32)`
901     /// `pats`: `[10, 20, _]`
902     /// returns `(10, 20, _)`
903     ///
904     /// `self`: `Constructor::Variant(Option::Some)`
905     /// `ty`: `Option<bool>`
906     /// `pats`: `[false]`
907     /// returns `Some(false)`
908     fn apply<'p>(
909         &self,
910         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
911         ty: Ty<'tcx>,
912         fields: Fields<'p, 'tcx>,
913     ) -> Pat<'tcx> {
914         let mut subpatterns = fields.all_patterns();
915
916         let pat = match self {
917             Single | Variant(_) => match ty.kind() {
918                 ty::Adt(..) | ty::Tuple(..) => {
919                     let subpatterns = subpatterns
920                         .enumerate()
921                         .map(|(i, p)| FieldPat { field: Field::new(i), pattern: p })
922                         .collect();
923
924                     if let ty::Adt(adt, substs) = ty.kind() {
925                         if adt.is_enum() {
926                             PatKind::Variant {
927                                 adt_def: adt,
928                                 substs,
929                                 variant_index: self.variant_index_for_adt(cx, adt),
930                                 subpatterns,
931                             }
932                         } else {
933                             PatKind::Leaf { subpatterns }
934                         }
935                     } else {
936                         PatKind::Leaf { subpatterns }
937                     }
938                 }
939                 ty::Ref(..) => PatKind::Deref { subpattern: subpatterns.next().unwrap() },
940                 ty::Slice(_) | ty::Array(..) => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", self, ty),
941                 _ => PatKind::Wild,
942             },
943             Slice(slice) => match slice.pattern_kind() {
944                 FixedLen(_) => {
945                     PatKind::Slice { prefix: subpatterns.collect(), slice: None, suffix: vec![] }
946                 }
947                 VarLen(prefix, _) => {
948                     let mut prefix: Vec<_> = subpatterns.by_ref().take(prefix as usize).collect();
949                     if slice.array_len.is_some() {
950                         // Improves diagnostics a bit: if the type is a known-size array, instead
951                         // of reporting `[x, _, .., _, y]`, we prefer to report `[x, .., y]`.
952                         // This is incorrect if the size is not known, since `[_, ..]` captures
953                         // arrays of lengths `>= 1` whereas `[..]` captures any length.
954                         while !prefix.is_empty() && prefix.last().unwrap().is_wildcard() {
955                             prefix.pop();
956                         }
957                     }
958                     let suffix: Vec<_> = if slice.array_len.is_some() {
959                         // Same as above.
960                         subpatterns.skip_while(Pat::is_wildcard).collect()
961                     } else {
962                         subpatterns.collect()
963                     };
964                     let wild = Pat::wildcard_from_ty(ty);
965                     PatKind::Slice { prefix, slice: Some(wild), suffix }
966                 }
967             },
968             &ConstantValue(value) => PatKind::Constant { value },
969             &FloatRange(lo, hi, end) => PatKind::Range(PatRange { lo, hi, end }),
970             IntRange(range) => return range.to_pat(cx.tcx),
971             NonExhaustive => PatKind::Wild,
972         };
973
974         Pat { ty, span: DUMMY_SP, kind: Box::new(pat) }
975     }
976
977     /// Like `apply`, but where all the subpatterns are wildcards `_`.
978     fn apply_wildcards<'a>(&self, cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
979         self.apply(cx, ty, Fields::wildcards(cx, self, ty))
980     }
981 }
982
983 /// Some fields need to be explicitly hidden away in certain cases; see the comment above the
984 /// `Fields` struct. This struct represents such a potentially-hidden field. When a field is hidden
985 /// we still keep its type around.
986 #[derive(Debug, Copy, Clone)]
987 enum FilteredField<'p, 'tcx> {
988     Kept(&'p Pat<'tcx>),
989     Hidden(Ty<'tcx>),
990 }
991
992 impl<'p, 'tcx> FilteredField<'p, 'tcx> {
993     fn kept(self) -> Option<&'p Pat<'tcx>> {
994         match self {
995             FilteredField::Kept(p) => Some(p),
996             FilteredField::Hidden(_) => None,
997         }
998     }
999
1000     fn to_pattern(self) -> Pat<'tcx> {
1001         match self {
1002             FilteredField::Kept(p) => p.clone(),
1003             FilteredField::Hidden(ty) => Pat::wildcard_from_ty(ty),
1004         }
1005     }
1006 }
1007
1008 /// A value can be decomposed into a constructor applied to some fields. This struct represents
1009 /// those fields, generalized to allow patterns in each field. See also `Constructor`.
1010 ///
1011 /// If a private or `non_exhaustive` field is uninhabited, the code mustn't observe that it is
1012 /// uninhabited. For that, we filter these fields out of the matrix. This is subtle because we
1013 /// still need to have those fields back when going to/from a `Pat`. Most of this is handled
1014 /// automatically in `Fields`, but when constructing or deconstructing `Fields` you need to be
1015 /// careful. As a rule, when going to/from the matrix, use the filtered field list; when going
1016 /// to/from `Pat`, use the full field list.
1017 /// This filtering is uncommon in practice, because uninhabited fields are rarely used, so we avoid
1018 /// it when possible to preserve performance.
1019 #[derive(Debug, Clone)]
1020 enum Fields<'p, 'tcx> {
1021     /// Lists of patterns that don't contain any filtered fields.
1022     /// `Slice` and `Vec` behave the same; the difference is only to avoid allocating and
1023     /// triple-dereferences when possible. Frankly this is premature optimization, I (Nadrieril)
1024     /// have not measured if it really made a difference.
1025     Slice(&'p [Pat<'tcx>]),
1026     Vec(SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>),
1027     /// Patterns where some of the fields need to be hidden. `kept_count` caches the number of
1028     /// non-hidden fields.
1029     Filtered {
1030         fields: SmallVec<[FilteredField<'p, 'tcx>; 2]>,
1031         kept_count: usize,
1032     },
1033 }
1034
1035 impl<'p, 'tcx> Fields<'p, 'tcx> {
1036     fn empty() -> Self {
1037         Fields::Slice(&[])
1038     }
1039
1040     /// Construct a new `Fields` from the given pattern. Must not be used if the pattern is a field
1041     /// of a struct/tuple/variant.
1042     fn from_single_pattern(pat: &'p Pat<'tcx>) -> Self {
1043         Fields::Slice(std::slice::from_ref(pat))
1044     }
1045
1046     /// Construct a new `Fields` from the given patterns. You must be sure those patterns can't
1047     /// contain fields that need to be filtered out. When in doubt, prefer `replace_fields`.
1048     fn from_slice_unfiltered(pats: &'p [Pat<'tcx>]) -> Self {
1049         Fields::Slice(pats)
1050     }
1051
1052     /// Convenience; internal use.
1053     fn wildcards_from_tys(
1054         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1055         tys: impl IntoIterator<Item = Ty<'tcx>>,
1056     ) -> Self {
1057         let wilds = tys.into_iter().map(Pat::wildcard_from_ty);
1058         let pats = cx.pattern_arena.alloc_from_iter(wilds);
1059         Fields::Slice(pats)
1060     }
1061
1062     /// Creates a new list of wildcard fields for a given constructor.
1063     fn wildcards(
1064         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1065         constructor: &Constructor<'tcx>,
1066         ty: Ty<'tcx>,
1067     ) -> Self {
1068         let wildcard_from_ty = |ty| &*cx.pattern_arena.alloc(Pat::wildcard_from_ty(ty));
1069
1070         let ret = match constructor {
1071             Single | Variant(_) => match ty.kind() {
1072                 ty::Tuple(ref fs) => {
1073                     Fields::wildcards_from_tys(cx, fs.into_iter().map(|ty| ty.expect_ty()))
1074                 }
1075                 ty::Ref(_, rty, _) => Fields::from_single_pattern(wildcard_from_ty(rty)),
1076                 ty::Adt(adt, substs) => {
1077                     if adt.is_box() {
1078                         // Use T as the sub pattern type of Box<T>.
1079                         Fields::from_single_pattern(wildcard_from_ty(substs.type_at(0)))
1080                     } else {
1081                         let variant = &adt.variants[constructor.variant_index_for_adt(cx, adt)];
1082                         // Whether we must not match the fields of this variant exhaustively.
1083                         let is_non_exhaustive =
1084                             variant.is_field_list_non_exhaustive() && !adt.did.is_local();
1085                         let field_tys = variant.fields.iter().map(|field| field.ty(cx.tcx, substs));
1086                         // In the following cases, we don't need to filter out any fields. This is
1087                         // the vast majority of real cases, since uninhabited fields are uncommon.
1088                         let has_no_hidden_fields = (adt.is_enum() && !is_non_exhaustive)
1089                             || !field_tys.clone().any(|ty| cx.is_uninhabited(ty));
1090
1091                         if has_no_hidden_fields {
1092                             Fields::wildcards_from_tys(cx, field_tys)
1093                         } else {
1094                             let mut kept_count = 0;
1095                             let fields = variant
1096                                 .fields
1097                                 .iter()
1098                                 .map(|field| {
1099                                     let ty = field.ty(cx.tcx, substs);
1100                                     let is_visible = adt.is_enum()
1101                                         || field.vis.is_accessible_from(cx.module, cx.tcx);
1102                                     let is_uninhabited = cx.is_uninhabited(ty);
1103
1104                                     // In the cases of either a `#[non_exhaustive]` field list
1105                                     // or a non-public field, we hide uninhabited fields in
1106                                     // order not to reveal the uninhabitedness of the whole
1107                                     // variant.
1108                                     if is_uninhabited && (!is_visible || is_non_exhaustive) {
1109                                         FilteredField::Hidden(ty)
1110                                     } else {
1111                                         kept_count += 1;
1112                                         FilteredField::Kept(wildcard_from_ty(ty))
1113                                     }
1114                                 })
1115                                 .collect();
1116                             Fields::Filtered { fields, kept_count }
1117                         }
1118                     }
1119                 }
1120                 _ => Fields::empty(),
1121             },
1122             Slice(slice) => match *ty.kind() {
1123                 ty::Slice(ty) | ty::Array(ty, _) => {
1124                     let arity = slice.arity();
1125                     Fields::wildcards_from_tys(cx, (0..arity).map(|_| ty))
1126                 }
1127                 _ => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", constructor, ty),
1128             },
1129             ConstantValue(..) | FloatRange(..) | IntRange(..) | NonExhaustive => Fields::empty(),
1130         };
1131         debug!("Fields::wildcards({:?}, {:?}) = {:#?}", constructor, ty, ret);
1132         ret
1133     }
1134
1135     /// Returns the number of patterns from the viewpoint of match-checking, i.e. excluding hidden
1136     /// fields. This is what we want in most cases in this file, the only exception being
1137     /// conversion to/from `Pat`.
1138     fn len(&self) -> usize {
1139         match self {
1140             Fields::Slice(pats) => pats.len(),
1141             Fields::Vec(pats) => pats.len(),
1142             Fields::Filtered { kept_count, .. } => *kept_count,
1143         }
1144     }
1145
1146     /// Returns the complete list of patterns, including hidden fields.
1147     fn all_patterns(self) -> impl Iterator<Item = Pat<'tcx>> {
1148         let pats: SmallVec<[_; 2]> = match self {
1149             Fields::Slice(pats) => pats.iter().cloned().collect(),
1150             Fields::Vec(pats) => pats.into_iter().cloned().collect(),
1151             Fields::Filtered { fields, .. } => {
1152                 // We don't skip any fields here.
1153                 fields.into_iter().map(|p| p.to_pattern()).collect()
1154             }
1155         };
1156         pats.into_iter()
1157     }
1158
1159     /// Overrides some of the fields with the provided patterns. Exactly like
1160     /// `replace_fields_indexed`, except that it takes `FieldPat`s as input.
1161     fn replace_with_fieldpats(
1162         &self,
1163         new_pats: impl IntoIterator<Item = &'p FieldPat<'tcx>>,
1164     ) -> Self {
1165         self.replace_fields_indexed(
1166             new_pats.into_iter().map(|pat| (pat.field.index(), &pat.pattern)),
1167         )
1168     }
1169
1170     /// Overrides some of the fields with the provided patterns. This is used when a pattern
1171     /// defines some fields but not all, for example `Foo { field1: Some(_), .. }`: here we start with a
1172     /// `Fields` that is just one wildcard per field of the `Foo` struct, and override the entry
1173     /// corresponding to `field1` with the pattern `Some(_)`. This is also used for slice patterns
1174     /// for the same reason.
1175     fn replace_fields_indexed(
1176         &self,
1177         new_pats: impl IntoIterator<Item = (usize, &'p Pat<'tcx>)>,
1178     ) -> Self {
1179         let mut fields = self.clone();
1180         if let Fields::Slice(pats) = fields {
1181             fields = Fields::Vec(pats.iter().collect());
1182         }
1183
1184         match &mut fields {
1185             Fields::Vec(pats) => {
1186                 for (i, pat) in new_pats {
1187                     pats[i] = pat
1188                 }
1189             }
1190             Fields::Filtered { fields, .. } => {
1191                 for (i, pat) in new_pats {
1192                     if let FilteredField::Kept(p) = &mut fields[i] {
1193                         *p = pat
1194                     }
1195                 }
1196             }
1197             Fields::Slice(_) => unreachable!(),
1198         }
1199         fields
1200     }
1201
1202     /// Replaces contained fields with the given filtered list of patterns, e.g. taken from the
1203     /// matrix. There must be `len()` patterns in `pats`.
1204     fn replace_fields(
1205         &self,
1206         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1207         pats: impl IntoIterator<Item = Pat<'tcx>>,
1208     ) -> Self {
1209         let pats: &[_] = cx.pattern_arena.alloc_from_iter(pats);
1210
1211         match self {
1212             Fields::Filtered { fields, kept_count } => {
1213                 let mut pats = pats.iter();
1214                 let mut fields = fields.clone();
1215                 for f in &mut fields {
1216                     if let FilteredField::Kept(p) = f {
1217                         // We take one input pattern for each `Kept` field, in order.
1218                         *p = pats.next().unwrap();
1219                     }
1220                 }
1221                 Fields::Filtered { fields, kept_count: *kept_count }
1222             }
1223             _ => Fields::Slice(pats),
1224         }
1225     }
1226
1227     fn push_on_patstack(self, stack: &[&'p Pat<'tcx>]) -> PatStack<'p, 'tcx> {
1228         let pats: SmallVec<_> = match self {
1229             Fields::Slice(pats) => pats.iter().chain(stack.iter().copied()).collect(),
1230             Fields::Vec(mut pats) => {
1231                 pats.extend_from_slice(stack);
1232                 pats
1233             }
1234             Fields::Filtered { fields, .. } => {
1235                 // We skip hidden fields here
1236                 fields.into_iter().filter_map(|p| p.kept()).chain(stack.iter().copied()).collect()
1237             }
1238         };
1239         PatStack::from_vec(pats)
1240     }
1241 }
1242
1243 #[derive(Clone, Debug)]
1244 crate enum Usefulness<'tcx> {
1245     /// Carries a list of unreachable subpatterns. Used only in the presence of or-patterns.
1246     Useful(Vec<Span>),
1247     /// Carries a list of witnesses of non-exhaustiveness.
1248     UsefulWithWitness(Vec<Witness<'tcx>>),
1249     NotUseful,
1250 }
1251
1252 impl<'tcx> Usefulness<'tcx> {
1253     fn new_useful(preference: WitnessPreference) -> Self {
1254         match preference {
1255             ConstructWitness => UsefulWithWitness(vec![Witness(vec![])]),
1256             LeaveOutWitness => Useful(vec![]),
1257         }
1258     }
1259
1260     fn is_useful(&self) -> bool {
1261         match *self {
1262             NotUseful => false,
1263             _ => true,
1264         }
1265     }
1266
1267     fn apply_constructor<'p>(
1268         self,
1269         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1270         ctor: &Constructor<'tcx>,
1271         ty: Ty<'tcx>,
1272         ctor_wild_subpatterns: &Fields<'p, 'tcx>,
1273     ) -> Self {
1274         match self {
1275             UsefulWithWitness(witnesses) => UsefulWithWitness(
1276                 witnesses
1277                     .into_iter()
1278                     .map(|witness| witness.apply_constructor(cx, &ctor, ty, ctor_wild_subpatterns))
1279                     .collect(),
1280             ),
1281             x => x,
1282         }
1283     }
1284
1285     fn apply_wildcard(self, ty: Ty<'tcx>) -> Self {
1286         match self {
1287             UsefulWithWitness(witnesses) => {
1288                 let wild = Pat::wildcard_from_ty(ty);
1289                 UsefulWithWitness(
1290                     witnesses
1291                         .into_iter()
1292                         .map(|mut witness| {
1293                             witness.0.push(wild.clone());
1294                             witness
1295                         })
1296                         .collect(),
1297                 )
1298             }
1299             x => x,
1300         }
1301     }
1302
1303     fn apply_missing_ctors(
1304         self,
1305         cx: &MatchCheckCtxt<'_, 'tcx>,
1306         ty: Ty<'tcx>,
1307         missing_ctors: &MissingConstructors<'tcx>,
1308     ) -> Self {
1309         match self {
1310             UsefulWithWitness(witnesses) => {
1311                 let new_patterns: Vec<_> =
1312                     missing_ctors.iter().map(|ctor| ctor.apply_wildcards(cx, ty)).collect();
1313                 // Add the new patterns to each witness
1314                 UsefulWithWitness(
1315                     witnesses
1316                         .into_iter()
1317                         .flat_map(|witness| {
1318                             new_patterns.iter().map(move |pat| {
1319                                 let mut witness = witness.clone();
1320                                 witness.0.push(pat.clone());
1321                                 witness
1322                             })
1323                         })
1324                         .collect(),
1325                 )
1326             }
1327             x => x,
1328         }
1329     }
1330 }
1331
1332 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
1333 crate enum WitnessPreference {
1334     ConstructWitness,
1335     LeaveOutWitness,
1336 }
1337
1338 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
1339 struct PatCtxt<'tcx> {
1340     ty: Ty<'tcx>,
1341     span: Span,
1342 }
1343
1344 /// A witness of non-exhaustiveness for error reporting, represented
1345 /// as a list of patterns (in reverse order of construction) with
1346 /// wildcards inside to represent elements that can take any inhabitant
1347 /// of the type as a value.
1348 ///
1349 /// A witness against a list of patterns should have the same types
1350 /// and length as the pattern matched against. Because Rust `match`
1351 /// is always against a single pattern, at the end the witness will
1352 /// have length 1, but in the middle of the algorithm, it can contain
1353 /// multiple patterns.
1354 ///
1355 /// For example, if we are constructing a witness for the match against
1356 /// ```
1357 /// struct Pair(Option<(u32, u32)>, bool);
1358 ///
1359 /// match (p: Pair) {
1360 ///    Pair(None, _) => {}
1361 ///    Pair(_, false) => {}
1362 /// }
1363 /// ```
1364 ///
1365 /// We'll perform the following steps:
1366 /// 1. Start with an empty witness
1367 ///     `Witness(vec![])`
1368 /// 2. Push a witness `Some(_)` against the `None`
1369 ///     `Witness(vec![Some(_)])`
1370 /// 3. Push a witness `true` against the `false`
1371 ///     `Witness(vec![Some(_), true])`
1372 /// 4. Apply the `Pair` constructor to the witnesses
1373 ///     `Witness(vec![Pair(Some(_), true)])`
1374 ///
1375 /// The final `Pair(Some(_), true)` is then the resulting witness.
1376 #[derive(Clone, Debug)]
1377 crate struct Witness<'tcx>(Vec<Pat<'tcx>>);
1378
1379 impl<'tcx> Witness<'tcx> {
1380     crate fn single_pattern(self) -> Pat<'tcx> {
1381         assert_eq!(self.0.len(), 1);
1382         self.0.into_iter().next().unwrap()
1383     }
1384
1385     /// Constructs a partial witness for a pattern given a list of
1386     /// patterns expanded by the specialization step.
1387     ///
1388     /// When a pattern P is discovered to be useful, this function is used bottom-up
1389     /// to reconstruct a complete witness, e.g., a pattern P' that covers a subset
1390     /// of values, V, where each value in that set is not covered by any previously
1391     /// used patterns and is covered by the pattern P'. Examples:
1392     ///
1393     /// left_ty: tuple of 3 elements
1394     /// pats: [10, 20, _]           => (10, 20, _)
1395     ///
1396     /// left_ty: struct X { a: (bool, &'static str), b: usize}
1397     /// pats: [(false, "foo"), 42]  => X { a: (false, "foo"), b: 42 }
1398     fn apply_constructor<'p>(
1399         mut self,
1400         cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1401         ctor: &Constructor<'tcx>,
1402         ty: Ty<'tcx>,
1403         ctor_wild_subpatterns: &Fields<'p, 'tcx>,
1404     ) -> Self {
1405         let pat = {
1406             let len = self.0.len();
1407             let arity = ctor_wild_subpatterns.len();
1408             let pats = self.0.drain((len - arity)..).rev();
1409             let fields = ctor_wild_subpatterns.replace_fields(cx, pats);
1410             ctor.apply(cx, ty, fields)
1411         };
1412
1413         self.0.push(pat);
1414
1415         self
1416     }
1417 }
1418
1419 /// This determines the set of all possible constructors of a pattern matching
1420 /// values of type `left_ty`. For vectors, this would normally be an infinite set
1421 /// but is instead bounded by the maximum fixed length of slice patterns in
1422 /// the column of patterns being analyzed.
1423 ///
1424 /// We make sure to omit constructors that are statically impossible. E.g., for
1425 /// `Option<!>`, we do not include `Some(_)` in the returned list of constructors.
1426 /// Invariant: this returns an empty `Vec` if and only if the type is uninhabited (as determined by
1427 /// `cx.is_uninhabited()`).
1428 fn all_constructors<'a, 'tcx>(
1429     cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1430     pcx: PatCtxt<'tcx>,
1431 ) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
1432     debug!("all_constructors({:?})", pcx.ty);
1433     let make_range = |start, end| {
1434         IntRange(
1435             // `unwrap()` is ok because we know the type is an integer.
1436             IntRange::from_range(cx.tcx, start, end, pcx.ty, &RangeEnd::Included, pcx.span)
1437                 .unwrap(),
1438         )
1439     };
1440     match *pcx.ty.kind() {
1441         ty::Bool => {
1442             [true, false].iter().map(|&b| ConstantValue(ty::Const::from_bool(cx.tcx, b))).collect()
1443         }
1444         ty::Array(ref sub_ty, len) if len.try_eval_usize(cx.tcx, cx.param_env).is_some() => {
1445             let len = len.eval_usize(cx.tcx, cx.param_env);
1446             if len != 0 && cx.is_uninhabited(sub_ty) {
1447                 vec![]
1448             } else {
1449                 vec![Slice(Slice { array_len: Some(len), kind: VarLen(0, 0) })]
1450             }
1451         }
1452         // Treat arrays of a constant but unknown length like slices.
1453         ty::Array(ref sub_ty, _) | ty::Slice(ref sub_ty) => {
1454             let kind = if cx.is_uninhabited(sub_ty) { FixedLen(0) } else { VarLen(0, 0) };
1455             vec![Slice(Slice { array_len: None, kind })]
1456         }
1457         ty::Adt(def, substs) if def.is_enum() => {
1458             let ctors: Vec<_> = if cx.tcx.features().exhaustive_patterns {
1459                 // If `exhaustive_patterns` is enabled, we exclude variants known to be
1460                 // uninhabited.
1461                 def.variants
1462                     .iter()
1463                     .filter(|v| {
1464                         !v.uninhabited_from(cx.tcx, substs, def.adt_kind(), cx.param_env)
1465                             .contains(cx.tcx, cx.module)
1466                     })
1467                     .map(|v| Variant(v.def_id))
1468                     .collect()
1469             } else {
1470                 def.variants.iter().map(|v| Variant(v.def_id)).collect()
1471             };
1472
1473             // If the enum is declared as `#[non_exhaustive]`, we treat it as if it had an
1474             // additional "unknown" constructor.
1475             // There is no point in enumerating all possible variants, because the user can't
1476             // actually match against them all themselves. So we always return only the fictitious
1477             // constructor.
1478             // E.g., in an example like:
1479             // ```
1480             //     let err: io::ErrorKind = ...;
1481             //     match err {
1482             //         io::ErrorKind::NotFound => {},
1483             //     }
1484             // ```
1485             // we don't want to show every possible IO error, but instead have only `_` as the
1486             // witness.
1487             let is_declared_nonexhaustive = cx.is_foreign_non_exhaustive_enum(pcx.ty);
1488
1489             // If `exhaustive_patterns` is disabled and our scrutinee is an empty enum, we treat it
1490             // as though it had an "unknown" constructor to avoid exposing its emptyness. Note that
1491             // an empty match will still be considered exhaustive because that case is handled
1492             // separately in `check_match`.
1493             let is_secretly_empty =
1494                 def.variants.is_empty() && !cx.tcx.features().exhaustive_patterns;
1495
1496             if is_secretly_empty || is_declared_nonexhaustive { vec![NonExhaustive] } else { ctors }
1497         }
1498         ty::Char => {
1499             vec![
1500                 // The valid Unicode Scalar Value ranges.
1501                 make_range('\u{0000}' as u128, '\u{D7FF}' as u128),
1502                 make_range('\u{E000}' as u128, '\u{10FFFF}' as u128),
1503             ]
1504         }
1505         ty::Int(_) | ty::Uint(_)
1506             if pcx.ty.is_ptr_sized_integral()
1507                 && !cx.tcx.features().precise_pointer_size_matching =>
1508         {
1509             // `usize`/`isize` are not allowed to be matched exhaustively unless the
1510             // `precise_pointer_size_matching` feature is enabled. So we treat those types like
1511             // `#[non_exhaustive]` enums by returning a special unmatcheable constructor.
1512             vec![NonExhaustive]
1513         }
1514         ty::Int(ity) => {
1515             let bits = Integer::from_attr(&cx.tcx, SignedInt(ity)).size().bits() as u128;
1516             let min = 1u128 << (bits - 1);
1517             let max = min - 1;
1518             vec![make_range(min, max)]
1519         }
1520         ty::Uint(uty) => {
1521             let size = Integer::from_attr(&cx.tcx, UnsignedInt(uty)).size();
1522             let max = truncate(u128::MAX, size);
1523             vec![make_range(0, max)]
1524         }
1525         _ => {
1526             if cx.is_uninhabited(pcx.ty) {
1527                 vec![]
1528             } else {
1529                 vec![Single]
1530             }
1531         }
1532     }
1533 }
1534
1535 /// An inclusive interval, used for precise integer exhaustiveness checking.
1536 /// `IntRange`s always store a contiguous range. This means that values are
1537 /// encoded such that `0` encodes the minimum value for the integer,
1538 /// regardless of the signedness.
1539 /// For example, the pattern `-128..=127i8` is encoded as `0..=255`.
1540 /// This makes comparisons and arithmetic on interval endpoints much more
1541 /// straightforward. See `signed_bias` for details.
1542 ///
1543 /// `IntRange` is never used to encode an empty range or a "range" that wraps
1544 /// around the (offset) space: i.e., `range.lo <= range.hi`.
1545 #[derive(Clone, Debug)]
1546 struct IntRange<'tcx> {
1547     range: RangeInclusive<u128>,
1548     ty: Ty<'tcx>,
1549     span: Span,
1550 }
1551
1552 impl<'tcx> IntRange<'tcx> {
1553     #[inline]
1554     fn is_integral(ty: Ty<'_>) -> bool {
1555         match ty.kind() {
1556             ty::Char | ty::Int(_) | ty::Uint(_) => true,
1557             _ => false,
1558         }
1559     }
1560
1561     fn is_singleton(&self) -> bool {
1562         self.range.start() == self.range.end()
1563     }
1564
1565     fn boundaries(&self) -> (u128, u128) {
1566         (*self.range.start(), *self.range.end())
1567     }
1568
1569     /// Don't treat `usize`/`isize` exhaustively unless the `precise_pointer_size_matching` feature
1570     /// is enabled.
1571     fn treat_exhaustively(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>) -> bool {
1572         !self.ty.is_ptr_sized_integral() || tcx.features().precise_pointer_size_matching
1573     }
1574
1575     #[inline]
1576     fn integral_size_and_signed_bias(tcx: TyCtxt<'tcx>, ty: Ty<'_>) -> Option<(Size, u128)> {
1577         match *ty.kind() {
1578             ty::Char => Some((Size::from_bytes(4), 0)),
1579             ty::Int(ity) => {
1580                 let size = Integer::from_attr(&tcx, SignedInt(ity)).size();
1581                 Some((size, 1u128 << (size.bits() as u128 - 1)))
1582             }
1583             ty::Uint(uty) => Some((Integer::from_attr(&tcx, UnsignedInt(uty)).size(), 0)),
1584             _ => None,
1585         }
1586     }
1587
1588     #[inline]
1589     fn from_const(
1590         tcx: TyCtxt<'tcx>,
1591         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1592         value: &Const<'tcx>,
1593         span: Span,
1594     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
1595         if let Some((target_size, bias)) = Self::integral_size_and_signed_bias(tcx, value.ty) {
1596             let ty = value.ty;
1597             let val = (|| {
1598                 if let ty::ConstKind::Value(ConstValue::Scalar(scalar)) = value.val {
1599                     // For this specific pattern we can skip a lot of effort and go
1600                     // straight to the result, after doing a bit of checking. (We
1601                     // could remove this branch and just fall through, which
1602                     // is more general but much slower.)
1603                     if let Ok(bits) = scalar.to_bits_or_ptr(target_size, &tcx) {
1604                         return Some(bits);
1605                     }
1606                 }
1607                 // This is a more general form of the previous case.
1608                 value.try_eval_bits(tcx, param_env, ty)
1609             })()?;
1610             let val = val ^ bias;
1611             Some(IntRange { range: val..=val, ty, span })
1612         } else {
1613             None
1614         }
1615     }
1616
1617     #[inline]
1618     fn from_range(
1619         tcx: TyCtxt<'tcx>,
1620         lo: u128,
1621         hi: u128,
1622         ty: Ty<'tcx>,
1623         end: &RangeEnd,
1624         span: Span,
1625     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
1626         if Self::is_integral(ty) {
1627             // Perform a shift if the underlying types are signed,
1628             // which makes the interval arithmetic simpler.
1629             let bias = IntRange::signed_bias(tcx, ty);
1630             let (lo, hi) = (lo ^ bias, hi ^ bias);
1631             let offset = (*end == RangeEnd::Excluded) as u128;
1632             if lo > hi || (lo == hi && *end == RangeEnd::Excluded) {
1633                 // This should have been caught earlier by E0030.
1634                 bug!("malformed range pattern: {}..={}", lo, (hi - offset));
1635             }
1636             Some(IntRange { range: lo..=(hi - offset), ty, span })
1637         } else {
1638             None
1639         }
1640     }
1641
1642     fn from_pat(
1643         tcx: TyCtxt<'tcx>,
1644         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1645         pat: &Pat<'tcx>,
1646     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
1647         match pat_constructor(tcx, param_env, pat)? {
1648             IntRange(range) => Some(range),
1649             _ => None,
1650         }
1651     }
1652
1653     // The return value of `signed_bias` should be XORed with an endpoint to encode/decode it.
1654     fn signed_bias(tcx: TyCtxt<'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> u128 {
1655         match *ty.kind() {
1656             ty::Int(ity) => {
1657                 let bits = Integer::from_attr(&tcx, SignedInt(ity)).size().bits() as u128;
1658                 1u128 << (bits - 1)
1659             }
1660             _ => 0,
1661         }
1662     }
1663
1664     /// Returns a collection of ranges that spans the values covered by `ranges`, subtracted
1665     /// by the values covered by `self`: i.e., `ranges \ self` (in set notation).
1666     fn subtract_from(&self, ranges: Vec<IntRange<'tcx>>) -> Vec<IntRange<'tcx>> {
1667         let mut remaining_ranges = vec![];
1668         let ty = self.ty;
1669         let span = self.span;
1670         let (lo, hi) = self.boundaries();
1671         for subrange in ranges {
1672             let (subrange_lo, subrange_hi) = subrange.range.into_inner();
1673             if lo > subrange_hi || subrange_lo > hi {
1674                 // The pattern doesn't intersect with the subrange at all,
1675                 // so the subrange remains untouched.
1676                 remaining_ranges.push(IntRange { range: subrange_lo..=subrange_hi, ty, span });
1677             } else {
1678                 if lo > subrange_lo {
1679                     // The pattern intersects an upper section of the
1680                     // subrange, so a lower section will remain.
1681                     remaining_ranges.push(IntRange { range: subrange_lo..=(lo - 1), ty, span });
1682                 }
1683                 if hi < subrange_hi {
1684                     // The pattern intersects a lower section of the
1685                     // subrange, so an upper section will remain.
1686                     remaining_ranges.push(IntRange { range: (hi + 1)..=subrange_hi, ty, span });
1687                 }
1688             }
1689         }
1690         remaining_ranges
1691     }
1692
1693     fn is_subrange(&self, other: &Self) -> bool {
1694         other.range.start() <= self.range.start() && self.range.end() <= other.range.end()
1695     }
1696
1697     fn intersection(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>, other: &Self) -> Option<Self> {
1698         let ty = self.ty;
1699         let (lo, hi) = self.boundaries();
1700         let (other_lo, other_hi) = other.boundaries();
1701         if self.treat_exhaustively(tcx) {
1702             if lo <= other_hi && other_lo <= hi {
1703                 let span = other.span;
1704                 Some(IntRange { range: max(lo, other_lo)..=min(hi, other_hi), ty, span })
1705             } else {
1706                 None
1707             }
1708         } else {
1709             // If the range should not be treated exhaustively, fallback to checking for inclusion.
1710             if self.is_subrange(other) { Some(self.clone()) } else { None }
1711         }
1712     }
1713
1714     fn suspicious_intersection(&self, other: &Self) -> bool {
1715         // `false` in the following cases:
1716         // 1     ----      // 1  ----------   // 1 ----        // 1       ----
1717         // 2  ----------   // 2     ----      // 2       ----  // 2 ----
1718         //
1719         // The following are currently `false`, but could be `true` in the future (#64007):
1720         // 1 ---------       // 1     ---------
1721         // 2     ----------  // 2 ----------
1722         //
1723         // `true` in the following cases:
1724         // 1 -------          // 1       -------
1725         // 2       --------   // 2 -------
1726         let (lo, hi) = self.boundaries();
1727         let (other_lo, other_hi) = other.boundaries();
1728         lo == other_hi || hi == other_lo
1729     }
1730
1731     fn to_pat(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
1732         let (lo, hi) = self.boundaries();
1733
1734         let bias = IntRange::signed_bias(tcx, self.ty);
1735         let (lo, hi) = (lo ^ bias, hi ^ bias);
1736
1737         let ty = ty::ParamEnv::empty().and(self.ty);
1738         let lo_const = ty::Const::from_bits(tcx, lo, ty);
1739         let hi_const = ty::Const::from_bits(tcx, hi, ty);
1740
1741         let kind = if lo == hi {
1742             PatKind::Constant { value: lo_const }
1743         } else {
1744             PatKind::Range(PatRange { lo: lo_const, hi: hi_const, end: RangeEnd::Included })
1745         };
1746
1747         // This is a brand new pattern, so we don't reuse `self.span`.
1748         Pat { ty: self.ty, span: DUMMY_SP, kind: Box::new(kind) }
1749     }
1750 }
1751
1752 /// Ignore spans when comparing, they don't carry semantic information as they are only for lints.
1753 impl<'tcx> std::cmp::PartialEq for IntRange<'tcx> {
1754     fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
1755         self.range == other.range && self.ty == other.ty
1756     }
1757 }
1758
1759 // A struct to compute a set of constructors equivalent to `all_ctors \ used_ctors`.
1760 struct MissingConstructors<'tcx> {
1761     all_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>,
1762     used_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>,
1763 }
1764
1765 impl<'tcx> MissingConstructors<'tcx> {
1766     fn new(all_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>, used_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>) -> Self {
1767         MissingConstructors { all_ctors, used_ctors }
1768     }
1769
1770     fn into_inner(self) -> (Vec<Constructor<'tcx>>, Vec<Constructor<'tcx>>) {
1771         (self.all_ctors, self.used_ctors)
1772     }
1773
1774     fn is_empty(&self) -> bool {
1775         self.iter().next().is_none()
1776     }
1777     /// Whether this contains all the constructors for the given type or only a
1778     /// subset.
1779     fn all_ctors_are_missing(&self) -> bool {
1780         self.used_ctors.is_empty()
1781     }
1782
1783     /// Iterate over all_ctors \ used_ctors
1784     fn iter<'a>(&'a self) -> impl Iterator<Item = Constructor<'tcx>> + Captures<'a> {
1785         self.all_ctors.iter().flat_map(move |req_ctor| req_ctor.subtract_ctors(&self.used_ctors))
1786     }
1787 }
1788
1789 impl<'tcx> fmt::Debug for MissingConstructors<'tcx> {
1790     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1791         let ctors: Vec<_> = self.iter().collect();
1792         write!(f, "{:?}", ctors)
1793     }
1794 }
1795
1796 /// Algorithm from http://moscova.inria.fr/~maranget/papers/warn/index.html.
1797 /// The algorithm from the paper has been modified to correctly handle empty
1798 /// types. The changes are:
1799 ///   (0) We don't exit early if the pattern matrix has zero rows. We just
1800 ///       continue to recurse over columns.
1801 ///   (1) all_constructors will only return constructors that are statically
1802 ///       possible. E.g., it will only return `Ok` for `Result<T, !>`.
1803 ///
1804 /// This finds whether a (row) vector `v` of patterns is 'useful' in relation
1805 /// to a set of such vectors `m` - this is defined as there being a set of
1806 /// inputs that will match `v` but not any of the sets in `m`.
1807 ///
1808 /// All the patterns at each column of the `matrix ++ v` matrix must have the same type.
1809 ///
1810 /// This is used both for reachability checking (if a pattern isn't useful in
1811 /// relation to preceding patterns, it is not reachable) and exhaustiveness
1812 /// checking (if a wildcard pattern is useful in relation to a matrix, the
1813 /// matrix isn't exhaustive).
1814 ///
1815 /// `is_under_guard` is used to inform if the pattern has a guard. If it
1816 /// has one it must not be inserted into the matrix. This shouldn't be
1817 /// relied on for soundness.
1818 crate fn is_useful<'p, 'tcx>(
1819     cx: &mut MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1820     matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
1821     v: &PatStack<'p, 'tcx>,
1822     witness_preference: WitnessPreference,
1823     hir_id: HirId,
1824     is_under_guard: bool,
1825     is_top_level: bool,
1826 ) -> Usefulness<'tcx> {
1827     let &Matrix(ref rows) = matrix;
1828     debug!("is_useful({:#?}, {:#?})", matrix, v);
1829
1830     // The base case. We are pattern-matching on () and the return value is
1831     // based on whether our matrix has a row or not.
1832     // NOTE: This could potentially be optimized by checking rows.is_empty()
1833     // first and then, if v is non-empty, the return value is based on whether
1834     // the type of the tuple we're checking is inhabited or not.
1835     if v.is_empty() {
1836         return if rows.is_empty() {
1837             Usefulness::new_useful(witness_preference)
1838         } else {
1839             NotUseful
1840         };
1841     };
1842
1843     assert!(rows.iter().all(|r| r.len() == v.len()));
1844
1845     // If the first pattern is an or-pattern, expand it.
1846     if let Some(vs) = v.expand_or_pat() {
1847         // We need to push the already-seen patterns into the matrix in order to detect redundant
1848         // branches like `Some(_) | Some(0)`. We also keep track of the unreachable subpatterns.
1849         let mut matrix = matrix.clone();
1850         // `Vec` of all the unreachable branches of the current or-pattern.
1851         let mut unreachable_branches = Vec::new();
1852         // Subpatterns that are unreachable from all branches. E.g. in the following case, the last
1853         // `true` is unreachable only from one branch, so it is overall reachable.
1854         // ```
1855         // match (true, true) {
1856         //     (true, true) => {}
1857         //     (false | true, false | true) => {}
1858         // }
1859         // ```
1860         let mut unreachable_subpats = FxHashSet::default();
1861         // Whether any branch at all is useful.
1862         let mut any_is_useful = false;
1863
1864         for v in vs {
1865             let res = is_useful(cx, &matrix, &v, witness_preference, hir_id, is_under_guard, false);
1866             match res {
1867                 Useful(pats) => {
1868                     if !any_is_useful {
1869                         any_is_useful = true;
1870                         // Initialize with the first set of unreachable subpatterns encountered.
1871                         unreachable_subpats = pats.into_iter().collect();
1872                     } else {
1873                         // Keep the patterns unreachable from both this and previous branches.
1874                         unreachable_subpats =
1875                             pats.into_iter().filter(|p| unreachable_subpats.contains(p)).collect();
1876                     }
1877                 }
1878                 NotUseful => unreachable_branches.push(v.head().span),
1879                 UsefulWithWitness(_) => {
1880                     bug!("Encountered or-pat in `v` during exhaustiveness checking")
1881                 }
1882             }
1883             // If pattern has a guard don't add it to the matrix
1884             if !is_under_guard {
1885                 matrix.push(v);
1886             }
1887         }
1888         if any_is_useful {
1889             // Collect all the unreachable patterns.
1890             unreachable_branches.extend(unreachable_subpats);
1891             return Useful(unreachable_branches);
1892         } else {
1893             return NotUseful;
1894         }
1895     }
1896
1897     // FIXME(Nadrieril): Hack to work around type normalization issues (see #72476).
1898     let ty = matrix.heads().next().map(|r| r.ty).unwrap_or(v.head().ty);
1899     let pcx = PatCtxt { ty, span: v.head().span };
1900
1901     debug!("is_useful_expand_first_col: pcx={:#?}, expanding {:#?}", pcx, v.head());
1902
1903     let ret = if let Some(constructor) = pat_constructor(cx.tcx, cx.param_env, v.head()) {
1904         debug!("is_useful - expanding constructor: {:#?}", constructor);
1905         split_grouped_constructors(
1906             cx.tcx,
1907             cx.param_env,
1908             pcx,
1909             vec![constructor],
1910             matrix,
1911             pcx.span,
1912             Some(hir_id),
1913         )
1914         .into_iter()
1915         .map(|c| {
1916             is_useful_specialized(
1917                 cx,
1918                 matrix,
1919                 v,
1920                 c,
1921                 pcx.ty,
1922                 witness_preference,
1923                 hir_id,
1924                 is_under_guard,
1925             )
1926         })
1927         .find(|result| result.is_useful())
1928         .unwrap_or(NotUseful)
1929     } else {
1930         debug!("is_useful - expanding wildcard");
1931
1932         let used_ctors: Vec<Constructor<'_>> =
1933             matrix.heads().filter_map(|p| pat_constructor(cx.tcx, cx.param_env, p)).collect();
1934         debug!("is_useful_used_ctors = {:#?}", used_ctors);
1935         // `all_ctors` are all the constructors for the given type, which
1936         // should all be represented (or caught with the wild pattern `_`).
1937         let all_ctors = all_constructors(cx, pcx);
1938         debug!("is_useful_all_ctors = {:#?}", all_ctors);
1939
1940         // `missing_ctors` is the set of constructors from the same type as the
1941         // first column of `matrix` that are matched only by wildcard patterns
1942         // from the first column.
1943         //
1944         // Therefore, if there is some pattern that is unmatched by `matrix`,
1945         // it will still be unmatched if the first constructor is replaced by
1946         // any of the constructors in `missing_ctors`
1947
1948         // Missing constructors are those that are not matched by any non-wildcard patterns in the
1949         // current column. We only fully construct them on-demand, because they're rarely used and
1950         // can be big.
1951         let missing_ctors = MissingConstructors::new(all_ctors, used_ctors);
1952
1953         debug!("is_useful_missing_ctors.empty()={:#?}", missing_ctors.is_empty(),);
1954
1955         if missing_ctors.is_empty() {
1956             let (all_ctors, _) = missing_ctors.into_inner();
1957             split_grouped_constructors(cx.tcx, cx.param_env, pcx, all_ctors, matrix, DUMMY_SP, None)
1958                 .into_iter()
1959                 .map(|c| {
1960                     is_useful_specialized(
1961                         cx,
1962                         matrix,
1963                         v,
1964                         c,
1965                         pcx.ty,
1966                         witness_preference,
1967                         hir_id,
1968                         is_under_guard,
1969                     )
1970                 })
1971                 .find(|result| result.is_useful())
1972                 .unwrap_or(NotUseful)
1973         } else {
1974             let matrix = matrix.specialize_wildcard();
1975             let v = v.to_tail();
1976             let usefulness =
1977                 is_useful(cx, &matrix, &v, witness_preference, hir_id, is_under_guard, false);
1978
1979             // In this case, there's at least one "free"
1980             // constructor that is only matched against by
1981             // wildcard patterns.
1982             //
1983             // There are 2 ways we can report a witness here.
1984             // Commonly, we can report all the "free"
1985             // constructors as witnesses, e.g., if we have:
1986             //
1987             // ```
1988             //     enum Direction { N, S, E, W }
1989             //     let Direction::N = ...;
1990             // ```
1991             //
1992             // we can report 3 witnesses: `S`, `E`, and `W`.
1993             //
1994             // However, there is a case where we don't want
1995             // to do this and instead report a single `_` witness:
1996             // if the user didn't actually specify a constructor
1997             // in this arm, e.g., in
1998             // ```
1999             //     let x: (Direction, Direction, bool) = ...;
2000             //     let (_, _, false) = x;
2001             // ```
2002             // we don't want to show all 16 possible witnesses
2003             // `(<direction-1>, <direction-2>, true)` - we are
2004             // satisfied with `(_, _, true)`. In this case,
2005             // `used_ctors` is empty.
2006             // The exception is: if we are at the top-level, for example in an empty match, we
2007             // sometimes prefer reporting the list of constructors instead of just `_`.
2008             let report_ctors_rather_than_wildcard = is_top_level && !IntRange::is_integral(pcx.ty);
2009             if missing_ctors.all_ctors_are_missing() && !report_ctors_rather_than_wildcard {
2010                 // All constructors are unused. Add a wild pattern
2011                 // rather than each individual constructor.
2012                 usefulness.apply_wildcard(pcx.ty)
2013             } else {
2014                 // Construct for each missing constructor a "wild" version of this
2015                 // constructor, that matches everything that can be built with
2016                 // it. For example, if `ctor` is a `Constructor::Variant` for
2017                 // `Option::Some`, we get the pattern `Some(_)`.
2018                 usefulness.apply_missing_ctors(cx, pcx.ty, &missing_ctors)
2019             }
2020         }
2021     };
2022     debug!("is_useful::returns({:#?}, {:#?}) = {:?}", matrix, v, ret);
2023     ret
2024 }
2025
2026 /// A shorthand for the `U(S(c, P), S(c, q))` operation from the paper. I.e., `is_useful` applied
2027 /// to the specialised version of both the pattern matrix `P` and the new pattern `q`.
2028 fn is_useful_specialized<'p, 'tcx>(
2029     cx: &mut MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
2030     matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
2031     v: &PatStack<'p, 'tcx>,
2032     ctor: Constructor<'tcx>,
2033     ty: Ty<'tcx>,
2034     witness_preference: WitnessPreference,
2035     hir_id: HirId,
2036     is_under_guard: bool,
2037 ) -> Usefulness<'tcx> {
2038     debug!("is_useful_specialized({:#?}, {:#?}, {:?})", v, ctor, ty);
2039
2040     // We cache the result of `Fields::wildcards` because it is used a lot.
2041     let ctor_wild_subpatterns = Fields::wildcards(cx, &ctor, ty);
2042     let matrix = matrix.specialize_constructor(cx, &ctor, &ctor_wild_subpatterns);
2043     v.specialize_constructor(cx, &ctor, &ctor_wild_subpatterns)
2044         .map(|v| is_useful(cx, &matrix, &v, witness_preference, hir_id, is_under_guard, false))
2045         .map(|u| u.apply_constructor(cx, &ctor, ty, &ctor_wild_subpatterns))
2046         .unwrap_or(NotUseful)
2047 }
2048
2049 /// Determines the constructor that the given pattern can be specialized to.
2050 /// Returns `None` in case of a catch-all, which can't be specialized.
2051 fn pat_constructor<'tcx>(
2052     tcx: TyCtxt<'tcx>,
2053     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
2054     pat: &Pat<'tcx>,
2055 ) -> Option<Constructor<'tcx>> {
2056     match *pat.kind {
2057         PatKind::AscribeUserType { .. } => bug!(), // Handled by `expand_pattern`
2058         PatKind::Binding { .. } | PatKind::Wild => None,
2059         PatKind::Leaf { .. } | PatKind::Deref { .. } => Some(Single),
2060         PatKind::Variant { adt_def, variant_index, .. } => {
2061             Some(Variant(adt_def.variants[variant_index].def_id))
2062         }
2063         PatKind::Constant { value } => {
2064             if let Some(int_range) = IntRange::from_const(tcx, param_env, value, pat.span) {
2065                 Some(IntRange(int_range))
2066             } else {
2067                 match (value.val, &value.ty.kind()) {
2068                     (_, ty::Array(_, n)) => {
2069                         let len = n.eval_usize(tcx, param_env);
2070                         Some(Slice(Slice { array_len: Some(len), kind: FixedLen(len) }))
2071                     }
2072                     (ty::ConstKind::Value(ConstValue::Slice { start, end, .. }), ty::Slice(_)) => {
2073                         let len = (end - start) as u64;
2074                         Some(Slice(Slice { array_len: None, kind: FixedLen(len) }))
2075                     }
2076                     // FIXME(oli-obk): implement `deref` for `ConstValue`
2077                     // (ty::ConstKind::Value(ConstValue::ByRef { .. }), ty::Slice(_)) => { ... }
2078                     _ => Some(ConstantValue(value)),
2079                 }
2080             }
2081         }
2082         PatKind::Range(PatRange { lo, hi, end }) => {
2083             let ty = lo.ty;
2084             if let Some(int_range) = IntRange::from_range(
2085                 tcx,
2086                 lo.eval_bits(tcx, param_env, lo.ty),
2087                 hi.eval_bits(tcx, param_env, hi.ty),
2088                 ty,
2089                 &end,
2090                 pat.span,
2091             ) {
2092                 Some(IntRange(int_range))
2093             } else {
2094                 Some(FloatRange(lo, hi, end))
2095             }
2096         }
2097         PatKind::Array { ref prefix, ref slice, ref suffix }
2098         | PatKind::Slice { ref prefix, ref slice, ref suffix } => {
2099             let array_len = match pat.ty.kind() {
2100                 ty::Array(_, length) => Some(length.eval_usize(tcx, param_env)),
2101                 ty::Slice(_) => None,
2102                 _ => span_bug!(pat.span, "bad ty {:?} for slice pattern", pat.ty),
2103             };
2104             let prefix = prefix.len() as u64;
2105             let suffix = suffix.len() as u64;
2106             let kind =
2107                 if slice.is_some() { VarLen(prefix, suffix) } else { FixedLen(prefix + suffix) };
2108             Some(Slice(Slice { array_len, kind }))
2109         }
2110         PatKind::Or { .. } => bug!("Or-pattern should have been expanded earlier on."),
2111     }
2112 }
2113
2114 // checks whether a constant is equal to a user-written slice pattern. Only supports byte slices,
2115 // meaning all other types will compare unequal and thus equal patterns often do not cause the
2116 // second pattern to lint about unreachable match arms.
2117 fn slice_pat_covered_by_const<'tcx>(
2118     tcx: TyCtxt<'tcx>,
2119     _span: Span,
2120     const_val: &'tcx ty::Const<'tcx>,
2121     prefix: &[Pat<'tcx>],
2122     slice: &Option<Pat<'tcx>>,
2123     suffix: &[Pat<'tcx>],
2124     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
2125 ) -> Result<bool, ErrorReported> {
2126     let const_val_val = if let ty::ConstKind::Value(val) = const_val.val {
2127         val
2128     } else {
2129         bug!(
2130             "slice_pat_covered_by_const: {:#?}, {:#?}, {:#?}, {:#?}",
2131             const_val,
2132             prefix,
2133             slice,
2134             suffix,
2135         )
2136     };
2137
2138     let data: &[u8] = match (const_val_val, &const_val.ty.kind()) {
2139         (ConstValue::ByRef { offset, alloc, .. }, ty::Array(t, n)) => {
2140             assert_eq!(*t, tcx.types.u8);
2141             let n = n.eval_usize(tcx, param_env);
2142             let ptr = Pointer::new(AllocId(0), offset);
2143             alloc.get_bytes(&tcx, ptr, Size::from_bytes(n)).unwrap()
2144         }
2145         (ConstValue::Slice { data, start, end }, ty::Slice(t)) => {
2146             assert_eq!(*t, tcx.types.u8);
2147             let ptr = Pointer::new(AllocId(0), Size::from_bytes(start));
2148             data.get_bytes(&tcx, ptr, Size::from_bytes(end - start)).unwrap()
2149         }
2150         // FIXME(oli-obk): create a way to extract fat pointers from ByRef
2151         (_, ty::Slice(_)) => return Ok(false),
2152         _ => bug!(
2153             "slice_pat_covered_by_const: {:#?}, {:#?}, {:#?}, {:#?}",
2154             const_val,
2155             prefix,
2156             slice,
2157             suffix,
2158         ),
2159     };
2160
2161     let pat_len = prefix.len() + suffix.len();
2162     if data.len() < pat_len || (slice.is_none() && data.len() > pat_len) {
2163         return Ok(false);
2164     }
2165
2166     for (ch, pat) in data[..prefix.len()]
2167         .iter()
2168         .zip(prefix)
2169         .chain(data[data.len() - suffix.len()..].iter().zip(suffix))
2170     {
2171         if let box PatKind::Constant { value } = pat.kind {
2172             let b = value.eval_bits(tcx, param_env, pat.ty);
2173             assert_eq!(b as u8 as u128, b);
2174             if b as u8 != *ch {
2175                 return Ok(false);
2176             }
2177         }
2178     }
2179
2180     Ok(true)
2181 }
2182
2183 /// For exhaustive integer matching, some constructors are grouped within other constructors
2184 /// (namely integer typed values are grouped within ranges). However, when specialising these
2185 /// constructors, we want to be specialising for the underlying constructors (the integers), not
2186 /// the groups (the ranges). Thus we need to split the groups up. Splitting them up naïvely would
2187 /// mean creating a separate constructor for every single value in the range, which is clearly
2188 /// impractical. However, observe that for some ranges of integers, the specialisation will be
2189 /// identical across all values in that range (i.e., there are equivalence classes of ranges of
2190 /// constructors based on their `is_useful_specialized` outcome). These classes are grouped by
2191 /// the patterns that apply to them (in the matrix `P`). We can split the range whenever the
2192 /// patterns that apply to that range (specifically: the patterns that *intersect* with that range)
2193 /// change.
2194 /// Our solution, therefore, is to split the range constructor into subranges at every single point
2195 /// the group of intersecting patterns changes (using the method described below).
2196 /// And voilà! We're testing precisely those ranges that we need to, without any exhaustive matching
2197 /// on actual integers. The nice thing about this is that the number of subranges is linear in the
2198 /// number of rows in the matrix (i.e., the number of cases in the `match` statement), so we don't
2199 /// need to be worried about matching over gargantuan ranges.
2200 ///
2201 /// Essentially, given the first column of a matrix representing ranges, looking like the following:
2202 ///
2203 /// |------|  |----------| |-------|    ||
2204 ///    |-------| |-------|            |----| ||
2205 ///       |---------|
2206 ///
2207 /// We split the ranges up into equivalence classes so the ranges are no longer overlapping:
2208 ///
2209 /// |--|--|||-||||--||---|||-------|  |-|||| ||
2210 ///
2211 /// The logic for determining how to split the ranges is fairly straightforward: we calculate
2212 /// boundaries for each interval range, sort them, then create constructors for each new interval
2213 /// between every pair of boundary points. (This essentially sums up to performing the intuitive
2214 /// merging operation depicted above.)
2215 ///
2216 /// `hir_id` is `None` when we're evaluating the wildcard pattern, do not lint for overlapping in
2217 /// ranges that case.
2218 ///
2219 /// This also splits variable-length slices into fixed-length slices.
2220 fn split_grouped_constructors<'p, 'tcx>(
2221     tcx: TyCtxt<'tcx>,
2222     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
2223     pcx: PatCtxt<'tcx>,
2224     ctors: Vec<Constructor<'tcx>>,
2225     matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
2226     span: Span,
2227     hir_id: Option<HirId>,
2228 ) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
2229     let ty = pcx.ty;
2230     let mut split_ctors = Vec::with_capacity(ctors.len());
2231     debug!("split_grouped_constructors({:#?}, {:#?})", matrix, ctors);
2232
2233     for ctor in ctors.into_iter() {
2234         match ctor {
2235             IntRange(ctor_range) if ctor_range.treat_exhaustively(tcx) => {
2236                 // Fast-track if the range is trivial. In particular, don't do the overlapping
2237                 // ranges check.
2238                 if ctor_range.is_singleton() {
2239                     split_ctors.push(IntRange(ctor_range));
2240                     continue;
2241                 }
2242
2243                 /// Represents a border between 2 integers. Because the intervals spanning borders
2244                 /// must be able to cover every integer, we need to be able to represent
2245                 /// 2^128 + 1 such borders.
2246                 #[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Debug)]
2247                 enum Border {
2248                     JustBefore(u128),
2249                     AfterMax,
2250                 }
2251
2252                 // A function for extracting the borders of an integer interval.
2253                 fn range_borders(r: IntRange<'_>) -> impl Iterator<Item = Border> {
2254                     let (lo, hi) = r.range.into_inner();
2255                     let from = Border::JustBefore(lo);
2256                     let to = match hi.checked_add(1) {
2257                         Some(m) => Border::JustBefore(m),
2258                         None => Border::AfterMax,
2259                     };
2260                     vec![from, to].into_iter()
2261                 }
2262
2263                 // Collect the span and range of all the intersecting ranges to lint on likely
2264                 // incorrect range patterns. (#63987)
2265                 let mut overlaps = vec![];
2266                 // `borders` is the set of borders between equivalence classes: each equivalence
2267                 // class lies between 2 borders.
2268                 let row_borders = matrix
2269                     .0
2270                     .iter()
2271                     .flat_map(|row| {
2272                         IntRange::from_pat(tcx, param_env, row.head()).map(|r| (r, row.len()))
2273                     })
2274                     .flat_map(|(range, row_len)| {
2275                         let intersection = ctor_range.intersection(tcx, &range);
2276                         let should_lint = ctor_range.suspicious_intersection(&range);
2277                         if let (Some(range), 1, true) = (&intersection, row_len, should_lint) {
2278                             // FIXME: for now, only check for overlapping ranges on simple range
2279                             // patterns. Otherwise with the current logic the following is detected
2280                             // as overlapping:
2281                             //   match (10u8, true) {
2282                             //    (0 ..= 125, false) => {}
2283                             //    (126 ..= 255, false) => {}
2284                             //    (0 ..= 255, true) => {}
2285                             //  }
2286                             overlaps.push(range.clone());
2287                         }
2288                         intersection
2289                     })
2290                     .flat_map(range_borders);
2291                 let ctor_borders = range_borders(ctor_range.clone());
2292                 let mut borders: Vec<_> = row_borders.chain(ctor_borders).collect();
2293                 borders.sort_unstable();
2294
2295                 lint_overlapping_patterns(tcx, hir_id, ctor_range, ty, overlaps);
2296
2297                 // We're going to iterate through every adjacent pair of borders, making sure that
2298                 // each represents an interval of nonnegative length, and convert each such
2299                 // interval into a constructor.
2300                 split_ctors.extend(
2301                     borders
2302                         .array_windows()
2303                         .filter_map(|&pair| match pair {
2304                             [Border::JustBefore(n), Border::JustBefore(m)] => {
2305                                 if n < m {
2306                                     Some(IntRange { range: n..=(m - 1), ty, span })
2307                                 } else {
2308                                     None
2309                                 }
2310                             }
2311                             [Border::JustBefore(n), Border::AfterMax] => {
2312                                 Some(IntRange { range: n..=u128::MAX, ty, span })
2313                             }
2314                             [Border::AfterMax, _] => None,
2315                         })
2316                         .map(IntRange),
2317                 );
2318             }
2319             Slice(Slice { array_len, kind: VarLen(self_prefix, self_suffix) }) => {
2320                 // The exhaustiveness-checking paper does not include any details on
2321                 // checking variable-length slice patterns. However, they are matched
2322                 // by an infinite collection of fixed-length array patterns.
2323                 //
2324                 // Checking the infinite set directly would take an infinite amount
2325                 // of time. However, it turns out that for each finite set of
2326                 // patterns `P`, all sufficiently large array lengths are equivalent:
2327                 //
2328                 // Each slice `s` with a "sufficiently-large" length `l ≥ L` that applies
2329                 // to exactly the subset `Pₜ` of `P` can be transformed to a slice
2330                 // `sₘ` for each sufficiently-large length `m` that applies to exactly
2331                 // the same subset of `P`.
2332                 //
2333                 // Because of that, each witness for reachability-checking from one
2334                 // of the sufficiently-large lengths can be transformed to an
2335                 // equally-valid witness from any other length, so we only have
2336                 // to check slice lengths from the "minimal sufficiently-large length"
2337                 // and below.
2338                 //
2339                 // Note that the fact that there is a *single* `sₘ` for each `m`
2340                 // not depending on the specific pattern in `P` is important: if
2341                 // you look at the pair of patterns
2342                 //     `[true, ..]`
2343                 //     `[.., false]`
2344                 // Then any slice of length ≥1 that matches one of these two
2345                 // patterns can be trivially turned to a slice of any
2346                 // other length ≥1 that matches them and vice-versa - for
2347                 // but the slice from length 2 `[false, true]` that matches neither
2348                 // of these patterns can't be turned to a slice from length 1 that
2349                 // matches neither of these patterns, so we have to consider
2350                 // slices from length 2 there.
2351                 //
2352                 // Now, to see that that length exists and find it, observe that slice
2353                 // patterns are either "fixed-length" patterns (`[_, _, _]`) or
2354                 // "variable-length" patterns (`[_, .., _]`).
2355                 //
2356                 // For fixed-length patterns, all slices with lengths *longer* than
2357                 // the pattern's length have the same outcome (of not matching), so
2358                 // as long as `L` is greater than the pattern's length we can pick
2359                 // any `sₘ` from that length and get the same result.
2360                 //
2361                 // For variable-length patterns, the situation is more complicated,
2362                 // because as seen above the precise value of `sₘ` matters.
2363                 //
2364                 // However, for each variable-length pattern `p` with a prefix of length
2365                 // `plₚ` and suffix of length `slₚ`, only the first `plₚ` and the last
2366                 // `slₚ` elements are examined.
2367                 //
2368                 // Therefore, as long as `L` is positive (to avoid concerns about empty
2369                 // types), all elements after the maximum prefix length and before
2370                 // the maximum suffix length are not examined by any variable-length
2371                 // pattern, and therefore can be added/removed without affecting
2372                 // them - creating equivalent patterns from any sufficiently-large
2373                 // length.
2374                 //
2375                 // Of course, if fixed-length patterns exist, we must be sure
2376                 // that our length is large enough to miss them all, so
2377                 // we can pick `L = max(max(FIXED_LEN)+1, max(PREFIX_LEN) + max(SUFFIX_LEN))`
2378                 //
2379                 // for example, with the above pair of patterns, all elements
2380                 // but the first and last can be added/removed, so any
2381                 // witness of length ≥2 (say, `[false, false, true]`) can be
2382                 // turned to a witness from any other length ≥2.
2383
2384                 let mut max_prefix_len = self_prefix;
2385                 let mut max_suffix_len = self_suffix;
2386                 let mut max_fixed_len = 0;
2387
2388                 let head_ctors =
2389                     matrix.heads().filter_map(|pat| pat_constructor(tcx, param_env, pat));
2390                 for ctor in head_ctors {
2391                     if let Slice(slice) = ctor {
2392                         match slice.pattern_kind() {
2393                             FixedLen(len) => {
2394                                 max_fixed_len = cmp::max(max_fixed_len, len);
2395                             }
2396                             VarLen(prefix, suffix) => {
2397                                 max_prefix_len = cmp::max(max_prefix_len, prefix);
2398                                 max_suffix_len = cmp::max(max_suffix_len, suffix);
2399                             }
2400                         }
2401                     }
2402                 }
2403
2404                 // For diagnostics, we keep the prefix and suffix lengths separate, so in the case
2405                 // where `max_fixed_len + 1` is the largest, we adapt `max_prefix_len` accordingly,
2406                 // so that `L = max_prefix_len + max_suffix_len`.
2407                 if max_fixed_len + 1 >= max_prefix_len + max_suffix_len {
2408                     // The subtraction can't overflow thanks to the above check.
2409                     // The new `max_prefix_len` is also guaranteed to be larger than its previous
2410                     // value.
2411                     max_prefix_len = max_fixed_len + 1 - max_suffix_len;
2412                 }
2413
2414                 match array_len {
2415                     Some(len) => {
2416                         let kind = if max_prefix_len + max_suffix_len < len {
2417                             VarLen(max_prefix_len, max_suffix_len)
2418                         } else {
2419                             FixedLen(len)
2420                         };
2421                         split_ctors.push(Slice(Slice { array_len, kind }));
2422                     }
2423                     None => {
2424                         // `ctor` originally covered the range `(self_prefix +
2425                         // self_suffix..infinity)`. We now split it into two: lengths smaller than
2426                         // `max_prefix_len + max_suffix_len` are treated independently as
2427                         // fixed-lengths slices, and lengths above are captured by a final VarLen
2428                         // constructor.
2429                         split_ctors.extend(
2430                             (self_prefix + self_suffix..max_prefix_len + max_suffix_len)
2431                                 .map(|len| Slice(Slice { array_len, kind: FixedLen(len) })),
2432                         );
2433                         split_ctors.push(Slice(Slice {
2434                             array_len,
2435                             kind: VarLen(max_prefix_len, max_suffix_len),
2436                         }));
2437                     }
2438                 }
2439             }
2440             // Any other constructor can be used unchanged.
2441             _ => split_ctors.push(ctor),
2442         }
2443     }
2444
2445     debug!("split_grouped_constructors(..)={:#?}", split_ctors);
2446     split_ctors
2447 }
2448
2449 fn lint_overlapping_patterns<'tcx>(
2450     tcx: TyCtxt<'tcx>,
2451     hir_id: Option<HirId>,
2452     ctor_range: IntRange<'tcx>,
2453     ty: Ty<'tcx>,
2454     overlaps: Vec<IntRange<'tcx>>,
2455 ) {
2456     if let (true, Some(hir_id)) = (!overlaps.is_empty(), hir_id) {
2457         tcx.struct_span_lint_hir(
2458             lint::builtin::OVERLAPPING_PATTERNS,
2459             hir_id,
2460             ctor_range.span,
2461             |lint| {
2462                 let mut err = lint.build("multiple patterns covering the same range");
2463                 err.span_label(ctor_range.span, "overlapping patterns");
2464                 for int_range in overlaps {
2465                     // Use the real type for user display of the ranges:
2466                     err.span_label(
2467                         int_range.span,
2468                         &format!(
2469                             "this range overlaps on `{}`",
2470                             IntRange { range: int_range.range, ty, span: DUMMY_SP }.to_pat(tcx),
2471                         ),
2472                     );
2473                 }
2474                 err.emit();
2475             },
2476         );
2477     }
2478 }
2479
2480 fn constructor_covered_by_range<'tcx>(
2481     tcx: TyCtxt<'tcx>,
2482     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
2483     ctor: &Constructor<'tcx>,
2484     pat: &Pat<'tcx>,
2485 ) -> Option<()> {
2486     if let Single = ctor {
2487         return Some(());
2488     }
2489
2490     let (pat_from, pat_to, pat_end, ty) = match *pat.kind {
2491         PatKind::Constant { value } => (value, value, RangeEnd::Included, value.ty),
2492         PatKind::Range(PatRange { lo, hi, end }) => (lo, hi, end, lo.ty),
2493         _ => bug!("`constructor_covered_by_range` called with {:?}", pat),
2494     };
2495     let (ctor_from, ctor_to, ctor_end) = match *ctor {
2496         ConstantValue(value) => (value, value, RangeEnd::Included),
2497         FloatRange(from, to, ctor_end) => (from, to, ctor_end),
2498         _ => bug!("`constructor_covered_by_range` called with {:?}", ctor),
2499     };
2500     trace!("constructor_covered_by_range {:#?}, {:#?}, {:#?}, {}", ctor, pat_from, pat_to, ty);
2501
2502     let to = compare_const_vals(tcx, ctor_to, pat_to, param_env, ty)?;
2503     let from = compare_const_vals(tcx, ctor_from, pat_from, param_env, ty)?;
2504     let intersects = (from == Ordering::Greater || from == Ordering::Equal)
2505         && (to == Ordering::Less || (pat_end == ctor_end && to == Ordering::Equal));
2506     if intersects { Some(()) } else { None }
2507 }
2508
2509 /// This is the main specialization step. It expands the pattern
2510 /// into `arity` patterns based on the constructor. For most patterns, the step is trivial,
2511 /// for instance tuple patterns are flattened and box patterns expand into their inner pattern.
2512 /// Returns `None` if the pattern does not have the given constructor.
2513 ///
2514 /// OTOH, slice patterns with a subslice pattern (tail @ ..) can be expanded into multiple
2515 /// different patterns.
2516 /// Structure patterns with a partial wild pattern (Foo { a: 42, .. }) have their missing
2517 /// fields filled with wild patterns.
2518 ///
2519 /// This is roughly the inverse of `Constructor::apply`.
2520 fn specialize_one_pattern<'p, 'tcx>(
2521     cx: &mut MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
2522     pat: &'p Pat<'tcx>,
2523     constructor: &Constructor<'tcx>,
2524     ctor_wild_subpatterns: &Fields<'p, 'tcx>,
2525 ) -> Option<Fields<'p, 'tcx>> {
2526     if let NonExhaustive = constructor {
2527         // Only a wildcard pattern can match the special extra constructor
2528         if !pat.is_wildcard() {
2529             return None;
2530         }
2531         return Some(Fields::empty());
2532     }
2533
2534     let result = match *pat.kind {
2535         PatKind::AscribeUserType { .. } => bug!(), // Handled by `expand_pattern`
2536
2537         PatKind::Binding { .. } | PatKind::Wild => Some(ctor_wild_subpatterns.clone()),
2538
2539         PatKind::Variant { adt_def, variant_index, ref subpatterns, .. } => {
2540             let variant = &adt_def.variants[variant_index];
2541             if constructor != &Variant(variant.def_id) {
2542                 return None;
2543             }
2544             Some(ctor_wild_subpatterns.replace_with_fieldpats(subpatterns))
2545         }
2546
2547         PatKind::Leaf { ref subpatterns } => {
2548             Some(ctor_wild_subpatterns.replace_with_fieldpats(subpatterns))
2549         }
2550
2551         PatKind::Deref { ref subpattern } => Some(Fields::from_single_pattern(subpattern)),
2552
2553         PatKind::Constant { value } if constructor.is_slice() => {
2554             // We extract an `Option` for the pointer because slices of zero
2555             // elements don't necessarily point to memory, they are usually
2556             // just integers. The only time they should be pointing to memory
2557             // is when they are subslices of nonzero slices.
2558             let (alloc, offset, n, ty) = match value.ty.kind() {
2559                 ty::Array(t, n) => {
2560                     let n = n.eval_usize(cx.tcx, cx.param_env);
2561                     // Shortcut for `n == 0` where no matter what `alloc` and `offset` we produce,
2562                     // the result would be exactly what we early return here.
2563                     if n == 0 {
2564                         if ctor_wild_subpatterns.len() as u64 != n {
2565                             return None;
2566                         }
2567                         return Some(Fields::empty());
2568                     }
2569                     match value.val {
2570                         ty::ConstKind::Value(ConstValue::ByRef { offset, alloc, .. }) => {
2571                             (Cow::Borrowed(alloc), offset, n, t)
2572                         }
2573                         _ => span_bug!(pat.span, "array pattern is {:?}", value,),
2574                     }
2575                 }
2576                 ty::Slice(t) => {
2577                     match value.val {
2578                         ty::ConstKind::Value(ConstValue::Slice { data, start, end }) => {
2579                             let offset = Size::from_bytes(start);
2580                             let n = (end - start) as u64;
2581                             (Cow::Borrowed(data), offset, n, t)
2582                         }
2583                         ty::ConstKind::Value(ConstValue::ByRef { .. }) => {
2584                             // FIXME(oli-obk): implement `deref` for `ConstValue`
2585                             return None;
2586                         }
2587                         _ => span_bug!(
2588                             pat.span,
2589                             "slice pattern constant must be scalar pair but is {:?}",
2590                             value,
2591                         ),
2592                     }
2593                 }
2594                 _ => span_bug!(
2595                     pat.span,
2596                     "unexpected const-val {:?} with ctor {:?}",
2597                     value,
2598                     constructor,
2599                 ),
2600             };
2601             if ctor_wild_subpatterns.len() as u64 != n {
2602                 return None;
2603             }
2604
2605             // Convert a constant slice/array pattern to a list of patterns.
2606             let layout = cx.tcx.layout_of(cx.param_env.and(ty)).ok()?;
2607             let ptr = Pointer::new(AllocId(0), offset);
2608             let pats = cx.pattern_arena.alloc_from_iter((0..n).filter_map(|i| {
2609                 let ptr = ptr.offset(layout.size * i, &cx.tcx).ok()?;
2610                 let scalar = alloc.read_scalar(&cx.tcx, ptr, layout.size).ok()?;
2611                 let scalar = scalar.check_init().ok()?;
2612                 let value = ty::Const::from_scalar(cx.tcx, scalar, ty);
2613                 let pattern = Pat { ty, span: pat.span, kind: box PatKind::Constant { value } };
2614                 Some(pattern)
2615             }));
2616             // Ensure none of the dereferences failed.
2617             if pats.len() as u64 != n {
2618                 return None;
2619             }
2620             Some(Fields::from_slice_unfiltered(pats))
2621         }
2622
2623         PatKind::Constant { .. } | PatKind::Range { .. } => {
2624             // If the constructor is a:
2625             // - Single value: add a row if the pattern contains the constructor.
2626             // - Range: add a row if the constructor intersects the pattern.
2627             if let IntRange(ctor) = constructor {
2628                 let pat = IntRange::from_pat(cx.tcx, cx.param_env, pat)?;
2629                 ctor.intersection(cx.tcx, &pat)?;
2630                 // Constructor splitting should ensure that all intersections we encounter
2631                 // are actually inclusions.
2632                 assert!(ctor.is_subrange(&pat));
2633             } else {
2634                 // Fallback for non-ranges and ranges that involve
2635                 // floating-point numbers, which are not conveniently handled
2636                 // by `IntRange`. For these cases, the constructor may not be a
2637                 // range so intersection actually devolves into being covered
2638                 // by the pattern.
2639                 constructor_covered_by_range(cx.tcx, cx.param_env, constructor, pat)?;
2640             }
2641             Some(Fields::empty())
2642         }
2643
2644         PatKind::Array { ref prefix, ref slice, ref suffix }
2645         | PatKind::Slice { ref prefix, ref slice, ref suffix } => match *constructor {
2646             Slice(_) => {
2647                 // Number of subpatterns for this pattern
2648                 let pat_len = prefix.len() + suffix.len();
2649                 // Number of subpatterns for this constructor
2650                 let arity = ctor_wild_subpatterns.len();
2651
2652                 if (slice.is_none() && arity != pat_len) || pat_len > arity {
2653                     return None;
2654                 }
2655
2656                 // Replace the prefix and the suffix with the given patterns, leaving wildcards in
2657                 // the middle if there was a subslice pattern `..`.
2658                 let prefix = prefix.iter().enumerate();
2659                 let suffix = suffix.iter().enumerate().map(|(i, p)| (arity - suffix.len() + i, p));
2660                 Some(ctor_wild_subpatterns.replace_fields_indexed(prefix.chain(suffix)))
2661             }
2662             ConstantValue(cv) => {
2663                 match slice_pat_covered_by_const(
2664                     cx.tcx,
2665                     pat.span,
2666                     cv,
2667                     prefix,
2668                     slice,
2669                     suffix,
2670                     cx.param_env,
2671                 ) {
2672                     Ok(true) => Some(Fields::empty()),
2673                     Ok(false) => None,
2674                     Err(ErrorReported) => None,
2675                 }
2676             }
2677             _ => span_bug!(pat.span, "unexpected ctor {:?} for slice pat", constructor),
2678         },
2679
2680         PatKind::Or { .. } => bug!("Or-pattern should have been expanded earlier on."),
2681     };
2682     debug!(
2683         "specialize({:#?}, {:#?}, {:#?}) = {:#?}",
2684         pat, constructor, ctor_wild_subpatterns, result
2685     );
2686
2687     result
2688 }