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