]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - compiler/rustc_mir_build/src/thir/pattern/usefulness.rs
Update odht to 0.2.1
[rust.git] / compiler / rustc_mir_build / src / thir / pattern / usefulness.rs
1 //! Note: tests specific to this file can be found in:
2 //!
3 //!   - `ui/pattern/usefulness`
4 //!   - `ui/or-patterns`
5 //!   - `ui/consts/const_in_pattern`
6 //!   - `ui/rfc-2008-non-exhaustive`
7 //!   - `ui/half-open-range-patterns`
8 //!   - probably many others
9 //!
10 //! I (Nadrieril) prefer to put new tests in `ui/pattern/usefulness` unless there's a specific
11 //! reason not to, for example if they depend on a particular feature like `or_patterns`.
12 //!
13 //! -----
14 //!
15 //! This file includes the logic for exhaustiveness and reachability checking for pattern-matching.
16 //! Specifically, given a list of patterns for a type, we can tell whether:
17 //! (a) each pattern is reachable (reachability)
18 //! (b) the patterns cover every possible value for the type (exhaustiveness)
19 //!
20 //! The algorithm implemented here is a modified version of the one described in [this
21 //! paper](http://moscova.inria.fr/~maranget/papers/warn/index.html). We have however generalized
22 //! it to accommodate the variety of patterns that Rust supports. We thus explain our version here,
23 //! without being as rigorous.
24 //!
25 //!
26 //! # Summary
27 //!
28 //! The core of the algorithm is the notion of "usefulness". A pattern `q` is said to be *useful*
29 //! relative to another pattern `p` of the same type if there is a value that is matched by `q` and
30 //! not matched by `p`. This generalizes to many `p`s: `q` is useful w.r.t. a list of patterns
31 //! `p_1 .. p_n` if there is a value that is matched by `q` and by none of the `p_i`. We write
32 //! `usefulness(p_1 .. p_n, q)` for a function that returns a list of such values. The aim of this
33 //! file is to compute it efficiently.
34 //!
35 //! This is enough to compute reachability: a pattern in a `match` expression is reachable iff it
36 //! is useful w.r.t. the patterns above it:
37 //! ```rust
38 //! match x {
39 //!     Some(_) => ...,
40 //!     None => ..., // reachable: `None` is matched by this but not the branch above
41 //!     Some(0) => ..., // unreachable: all the values this matches are already matched by
42 //!                     // `Some(_)` above
43 //! }
44 //! ```
45 //!
46 //! This is also enough to compute exhaustiveness: a match is exhaustive iff the wildcard `_`
47 //! pattern is _not_ useful w.r.t. the patterns in the match. The values returned by `usefulness`
48 //! are used to tell the user which values are missing.
49 //! ```rust
50 //! match x {
51 //!     Some(0) => ...,
52 //!     None => ...,
53 //!     // not exhaustive: `_` is useful because it matches `Some(1)`
54 //! }
55 //! ```
56 //!
57 //! The entrypoint of this file is the [`compute_match_usefulness`] function, which computes
58 //! reachability for each match branch and exhaustiveness for the whole match.
59 //!
60 //!
61 //! # Constructors and fields
62 //!
63 //! Note: we will often abbreviate "constructor" as "ctor".
64 //!
65 //! The idea that powers everything that is done in this file is the following: a (matcheable)
66 //! value is made from a constructor applied to a number of subvalues. Examples of constructors are
67 //! `Some`, `None`, `(,)` (the 2-tuple constructor), `Foo {..}` (the constructor for a struct
68 //! `Foo`), and `2` (the constructor for the number `2`). This is natural when we think of
69 //! pattern-matching, and this is the basis for what follows.
70 //!
71 //! Some of the ctors listed above might feel weird: `None` and `2` don't take any arguments.
72 //! That's ok: those are ctors that take a list of 0 arguments; they are the simplest case of
73 //! ctors. We treat `2` as a ctor because `u64` and other number types behave exactly like a huge
74 //! `enum`, with one variant for each number. This allows us to see any matcheable value as made up
75 //! from a tree of ctors, each having a set number of children. For example: `Foo { bar: None,
76 //! baz: Ok(0) }` is made from 4 different ctors, namely `Foo{..}`, `None`, `Ok` and `0`.
77 //!
78 //! This idea can be extended to patterns: they are also made from constructors applied to fields.
79 //! A pattern for a given type is allowed to use all the ctors for values of that type (which we
80 //! call "value constructors"), but there are also pattern-only ctors. The most important one is
81 //! the wildcard (`_`), and the others are integer ranges (`0..=10`), variable-length slices (`[x,
82 //! ..]`), and or-patterns (`Ok(0) | Err(_)`). Examples of valid patterns are `42`, `Some(_)`, `Foo
83 //! { bar: Some(0) | None, baz: _ }`. Note that a binder in a pattern (e.g. `Some(x)`) matches the
84 //! same values as a wildcard (e.g. `Some(_)`), so we treat both as wildcards.
85 //!
86 //! From this deconstruction we can compute whether a given value matches a given pattern; we
87 //! simply look at ctors one at a time. Given a pattern `p` and a value `v`, we want to compute
88 //! `matches!(v, p)`. It's mostly straightforward: we compare the head ctors and when they match
89 //! we compare their fields recursively. A few representative examples:
90 //!
91 //! - `matches!(v, _) := true`
92 //! - `matches!((v0,  v1), (p0,  p1)) := matches!(v0, p0) && matches!(v1, p1)`
93 //! - `matches!(Foo { bar: v0, baz: v1 }, Foo { bar: p0, baz: p1 }) := matches!(v0, p0) && matches!(v1, p1)`
94 //! - `matches!(Ok(v0), Ok(p0)) := matches!(v0, p0)`
95 //! - `matches!(Ok(v0), Err(p0)) := false` (incompatible variants)
96 //! - `matches!(v, 1..=100) := matches!(v, 1) || ... || matches!(v, 100)`
97 //! - `matches!([v0], [p0, .., p1]) := false` (incompatible lengths)
98 //! - `matches!([v0, v1, v2], [p0, .., p1]) := matches!(v0, p0) && matches!(v2, p1)`
99 //! - `matches!(v, p0 | p1) := matches!(v, p0) || matches!(v, p1)`
100 //!
101 //! Constructors, fields and relevant operations are defined in the [`super::deconstruct_pat`] module.
102 //!
103 //! Note: this constructors/fields distinction may not straightforwardly apply to every Rust type.
104 //! For example a value of type `Rc<u64>` can't be deconstructed that way, and `&str` has an
105 //! infinitude of constructors. There are also subtleties with visibility of fields and
106 //! uninhabitedness and various other things. The constructors idea can be extended to handle most
107 //! of these subtleties though; caveats are documented where relevant throughout the code.
108 //!
109 //! Whether constructors cover each other is computed by [`Constructor::is_covered_by`].
110 //!
111 //!
112 //! # Specialization
113 //!
114 //! Recall that we wish to compute `usefulness(p_1 .. p_n, q)`: given a list of patterns `p_1 ..
115 //! p_n` and a pattern `q`, all of the same type, we want to find a list of values (called
116 //! "witnesses") that are matched by `q` and by none of the `p_i`. We obviously don't just
117 //! enumerate all possible values. From the discussion above we see that we can proceed
118 //! ctor-by-ctor: for each value ctor of the given type, we ask "is there a value that starts with
119 //! this constructor and matches `q` and none of the `p_i`?". As we saw above, there's a lot we can
120 //! say from knowing only the first constructor of our candidate value.
121 //!
122 //! Let's take the following example:
123 //! ```
124 //! match x {
125 //!     Enum::Variant1(_) => {} // `p1`
126 //!     Enum::Variant2(None, 0) => {} // `p2`
127 //!     Enum::Variant2(Some(_), 0) => {} // `q`
128 //! }
129 //! ```
130 //!
131 //! We can easily see that if our candidate value `v` starts with `Variant1` it will not match `q`.
132 //! If `v = Variant2(v0, v1)` however, whether or not it matches `p2` and `q` will depend on `v0`
133 //! and `v1`. In fact, such a `v` will be a witness of usefulness of `q` exactly when the tuple
134 //! `(v0, v1)` is a witness of usefulness of `q'` in the following reduced match:
135 //!
136 //! ```
137 //! match x {
138 //!     (None, 0) => {} // `p2'`
139 //!     (Some(_), 0) => {} // `q'`
140 //! }
141 //! ```
142 //!
143 //! This motivates a new step in computing usefulness, that we call _specialization_.
144 //! Specialization consist of filtering a list of patterns for those that match a constructor, and
145 //! then looking into the constructor's fields. This enables usefulness to be computed recursively.
146 //!
147 //! Instead of acting on a single pattern in each row, we will consider a list of patterns for each
148 //! row, and we call such a list a _pattern-stack_. The idea is that we will specialize the
149 //! leftmost pattern, which amounts to popping the constructor and pushing its fields, which feels
150 //! like a stack. We note a pattern-stack simply with `[p_1 ... p_n]`.
151 //! Here's a sequence of specializations of a list of pattern-stacks, to illustrate what's
152 //! happening:
153 //! ```
154 //! [Enum::Variant1(_)]
155 //! [Enum::Variant2(None, 0)]
156 //! [Enum::Variant2(Some(_), 0)]
157 //! //==>> specialize with `Variant2`
158 //! [None, 0]
159 //! [Some(_), 0]
160 //! //==>> specialize with `Some`
161 //! [_, 0]
162 //! //==>> specialize with `true` (say the type was `bool`)
163 //! [0]
164 //! //==>> specialize with `0`
165 //! []
166 //! ```
167 //!
168 //! The function `specialize(c, p)` takes a value constructor `c` and a pattern `p`, and returns 0
169 //! or more pattern-stacks. If `c` does not match the head constructor of `p`, it returns nothing;
170 //! otherwise if returns the fields of the constructor. This only returns more than one
171 //! pattern-stack if `p` has a pattern-only constructor.
172 //!
173 //! - Specializing for the wrong constructor returns nothing
174 //!
175 //!   `specialize(None, Some(p0)) := []`
176 //!
177 //! - Specializing for the correct constructor returns a single row with the fields
178 //!
179 //!   `specialize(Variant1, Variant1(p0, p1, p2)) := [[p0, p1, p2]]`
180 //!
181 //!   `specialize(Foo{..}, Foo { bar: p0, baz: p1 }) := [[p0, p1]]`
182 //!
183 //! - For or-patterns, we specialize each branch and concatenate the results
184 //!
185 //!   `specialize(c, p0 | p1) := specialize(c, p0) ++ specialize(c, p1)`
186 //!
187 //! - We treat the other pattern constructors as if they were a large or-pattern of all the
188 //!   possibilities:
189 //!
190 //!   `specialize(c, _) := specialize(c, Variant1(_) | Variant2(_, _) | ...)`
191 //!
192 //!   `specialize(c, 1..=100) := specialize(c, 1 | ... | 100)`
193 //!
194 //!   `specialize(c, [p0, .., p1]) := specialize(c, [p0, p1] | [p0, _, p1] | [p0, _, _, p1] | ...)`
195 //!
196 //! - If `c` is a pattern-only constructor, `specialize` is defined on a case-by-case basis. See
197 //!   the discussion about constructor splitting in [`super::deconstruct_pat`].
198 //!
199 //!
200 //! We then extend this function to work with pattern-stacks as input, by acting on the first
201 //! column and keeping the other columns untouched.
202 //!
203 //! Specialization for the whole matrix is done in [`Matrix::specialize_constructor`]. Note that
204 //! or-patterns in the first column are expanded before being stored in the matrix. Specialization
205 //! for a single patstack is done from a combination of [`Constructor::is_covered_by`] and
206 //! [`PatStack::pop_head_constructor`]. The internals of how it's done mostly live in the
207 //! [`Fields`] struct.
208 //!
209 //!
210 //! # Computing usefulness
211 //!
212 //! We now have all we need to compute usefulness. The inputs to usefulness are a list of
213 //! pattern-stacks `p_1 ... p_n` (one per row), and a new pattern_stack `q`. The paper and this
214 //! file calls the list of patstacks a _matrix_. They must all have the same number of columns and
215 //! the patterns in a given column must all have the same type. `usefulness` returns a (possibly
216 //! empty) list of witnesses of usefulness. These witnesses will also be pattern-stacks.
217 //!
218 //! - base case: `n_columns == 0`.
219 //!     Since a pattern-stack functions like a tuple of patterns, an empty one functions like the
220 //!     unit type. Thus `q` is useful iff there are no rows above it, i.e. if `n == 0`.
221 //!
222 //! - inductive case: `n_columns > 0`.
223 //!     We need a way to list the constructors we want to try. We will be more clever in the next
224 //!     section but for now assume we list all value constructors for the type of the first column.
225 //!
226 //!     - for each such ctor `c`:
227 //!
228 //!         - for each `q'` returned by `specialize(c, q)`:
229 //!
230 //!             - we compute `usefulness(specialize(c, p_1) ... specialize(c, p_n), q')`
231 //!
232 //!         - for each witness found, we revert specialization by pushing the constructor `c` on top.
233 //!
234 //!     - We return the concatenation of all the witnesses found, if any.
235 //!
236 //! Example:
237 //! ```
238 //! [Some(true)] // p_1
239 //! [None] // p_2
240 //! [Some(_)] // q
241 //! //==>> try `None`: `specialize(None, q)` returns nothing
242 //! //==>> try `Some`: `specialize(Some, q)` returns a single row
243 //! [true] // p_1'
244 //! [_] // q'
245 //! //==>> try `true`: `specialize(true, q')` returns a single row
246 //! [] // p_1''
247 //! [] // q''
248 //! //==>> base case; `n != 0` so `q''` is not useful.
249 //! //==>> go back up a step
250 //! [true] // p_1'
251 //! [_] // q'
252 //! //==>> try `false`: `specialize(false, q')` returns a single row
253 //! [] // q''
254 //! //==>> base case; `n == 0` so `q''` is useful. We return the single witness `[]`
255 //! witnesses:
256 //! []
257 //! //==>> undo the specialization with `false`
258 //! witnesses:
259 //! [false]
260 //! //==>> undo the specialization with `Some`
261 //! witnesses:
262 //! [Some(false)]
263 //! //==>> we have tried all the constructors. The output is the single witness `[Some(false)]`.
264 //! ```
265 //!
266 //! This computation is done in [`is_useful`]. In practice we don't care about the list of
267 //! witnesses when computing reachability; we only need to know whether any exist. We do keep the
268 //! witnesses when computing exhaustiveness to report them to the user.
269 //!
270 //!
271 //! # Making usefulness tractable: constructor splitting
272 //!
273 //! We're missing one last detail: which constructors do we list? Naively listing all value
274 //! constructors cannot work for types like `u64` or `&str`, so we need to be more clever. The
275 //! first obvious insight is that we only want to list constructors that are covered by the head
276 //! constructor of `q`. If it's a value constructor, we only try that one. If it's a pattern-only
277 //! constructor, we use the final clever idea for this algorithm: _constructor splitting_, where we
278 //! group together constructors that behave the same.
279 //!
280 //! The details are not necessary to understand this file, so we explain them in
281 //! [`super::deconstruct_pat`]. Splitting is done by the [`Constructor::split`] function.
282
283 use self::Usefulness::*;
284 use self::WitnessPreference::*;
285
286 use super::deconstruct_pat::{Constructor, Fields, SplitWildcard};
287 use super::{PatternFoldable, PatternFolder};
288
289 use rustc_data_structures::captures::Captures;
290 use rustc_data_structures::fx::FxHashMap;
291
292 use rustc_arena::TypedArena;
293 use rustc_hir::def_id::DefId;
294 use rustc_hir::HirId;
295 use rustc_middle::thir::{Pat, PatKind};
296 use rustc_middle::ty::{self, Ty, TyCtxt};
297 use rustc_span::Span;
298
299 use smallvec::{smallvec, SmallVec};
300 use std::fmt;
301 use std::iter::{FromIterator, IntoIterator};
302 use std::lazy::OnceCell;
303
304 crate struct MatchCheckCtxt<'a, 'tcx> {
305     crate tcx: TyCtxt<'tcx>,
306     /// The module in which the match occurs. This is necessary for
307     /// checking inhabited-ness of types because whether a type is (visibly)
308     /// inhabited can depend on whether it was defined in the current module or
309     /// not. E.g., `struct Foo { _private: ! }` cannot be seen to be empty
310     /// outside its module and should not be matchable with an empty match statement.
311     crate module: DefId,
312     crate param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
313     crate pattern_arena: &'a TypedArena<Pat<'tcx>>,
314 }
315
316 impl<'a, 'tcx> MatchCheckCtxt<'a, 'tcx> {
317     pub(super) fn is_uninhabited(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
318         if self.tcx.features().exhaustive_patterns {
319             self.tcx.is_ty_uninhabited_from(self.module, ty, self.param_env)
320         } else {
321             false
322         }
323     }
324
325     /// Returns whether the given type is an enum from another crate declared `#[non_exhaustive]`.
326     pub(super) fn is_foreign_non_exhaustive_enum(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
327         match ty.kind() {
328             ty::Adt(def, ..) => {
329                 def.is_enum() && def.is_variant_list_non_exhaustive() && !def.did.is_local()
330             }
331             _ => false,
332         }
333     }
334 }
335
336 #[derive(Copy, Clone)]
337 pub(super) struct PatCtxt<'a, 'p, 'tcx> {
338     pub(super) cx: &'a MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
339     /// Type of the current column under investigation.
340     pub(super) ty: Ty<'tcx>,
341     /// Span of the current pattern under investigation.
342     pub(super) span: Span,
343     /// Whether the current pattern is the whole pattern as found in a match arm, or if it's a
344     /// subpattern.
345     pub(super) is_top_level: bool,
346 }
347
348 impl<'a, 'p, 'tcx> fmt::Debug for PatCtxt<'a, 'p, 'tcx> {
349     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
350         f.debug_struct("PatCtxt").field("ty", &self.ty).finish()
351     }
352 }
353
354 crate fn expand_pattern<'tcx>(pat: Pat<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
355     LiteralExpander.fold_pattern(&pat)
356 }
357
358 struct LiteralExpander;
359
360 impl<'tcx> PatternFolder<'tcx> for LiteralExpander {
361     fn fold_pattern(&mut self, pat: &Pat<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
362         debug!("fold_pattern {:?} {:?} {:?}", pat, pat.ty.kind(), pat.kind);
363         match (pat.ty.kind(), pat.kind.as_ref()) {
364             (_, PatKind::Binding { subpattern: Some(s), .. }) => s.fold_with(self),
365             (_, PatKind::AscribeUserType { subpattern: s, .. }) => s.fold_with(self),
366             (ty::Ref(_, t, _), PatKind::Constant { .. }) if t.is_str() => {
367                 // Treat string literal patterns as deref patterns to a `str` constant, i.e.
368                 // `&CONST`. This expands them like other const patterns. This could have been done
369                 // in `const_to_pat`, but that causes issues with the rest of the matching code.
370                 let mut new_pat = pat.super_fold_with(self);
371                 // Make a fake const pattern of type `str` (instead of `&str`). That the carried
372                 // constant value still knows it is of type `&str`.
373                 new_pat.ty = t;
374                 Pat {
375                     kind: Box::new(PatKind::Deref { subpattern: new_pat }),
376                     span: pat.span,
377                     ty: pat.ty,
378                 }
379             }
380             _ => pat.super_fold_with(self),
381         }
382     }
383 }
384
385 pub(super) fn is_wildcard(pat: &Pat<'_>) -> bool {
386     matches!(*pat.kind, PatKind::Binding { subpattern: None, .. } | PatKind::Wild)
387 }
388
389 fn is_or_pat(pat: &Pat<'_>) -> bool {
390     matches!(*pat.kind, PatKind::Or { .. })
391 }
392
393 /// Recursively expand this pattern into its subpatterns. Only useful for or-patterns.
394 fn expand_or_pat<'p, 'tcx>(pat: &'p Pat<'tcx>) -> Vec<&'p Pat<'tcx>> {
395     fn expand<'p, 'tcx>(pat: &'p Pat<'tcx>, vec: &mut Vec<&'p Pat<'tcx>>) {
396         if let PatKind::Or { pats } = pat.kind.as_ref() {
397             for pat in pats {
398                 expand(pat, vec);
399             }
400         } else {
401             vec.push(pat)
402         }
403     }
404
405     let mut pats = Vec::new();
406     expand(pat, &mut pats);
407     pats
408 }
409
410 /// A row of a matrix. Rows of len 1 are very common, which is why `SmallVec[_; 2]`
411 /// works well.
412 #[derive(Clone)]
413 struct PatStack<'p, 'tcx> {
414     pats: SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>,
415     /// Cache for the constructor of the head
416     head_ctor: OnceCell<Constructor<'tcx>>,
417 }
418
419 impl<'p, 'tcx> PatStack<'p, 'tcx> {
420     fn from_pattern(pat: &'p Pat<'tcx>) -> Self {
421         Self::from_vec(smallvec![pat])
422     }
423
424     fn from_vec(vec: SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>) -> Self {
425         PatStack { pats: vec, head_ctor: OnceCell::new() }
426     }
427
428     fn is_empty(&self) -> bool {
429         self.pats.is_empty()
430     }
431
432     fn len(&self) -> usize {
433         self.pats.len()
434     }
435
436     fn head(&self) -> &'p Pat<'tcx> {
437         self.pats[0]
438     }
439
440     #[inline]
441     fn head_ctor<'a>(&'a self, cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>) -> &'a Constructor<'tcx> {
442         self.head_ctor.get_or_init(|| Constructor::from_pat(cx, self.head()))
443     }
444
445     fn iter(&self) -> impl Iterator<Item = &Pat<'tcx>> {
446         self.pats.iter().copied()
447     }
448
449     // Recursively expand the first pattern into its subpatterns. Only useful if the pattern is an
450     // or-pattern. Panics if `self` is empty.
451     fn expand_or_pat<'a>(&'a self) -> impl Iterator<Item = PatStack<'p, 'tcx>> + Captures<'a> {
452         expand_or_pat(self.head()).into_iter().map(move |pat| {
453             let mut new_patstack = PatStack::from_pattern(pat);
454             new_patstack.pats.extend_from_slice(&self.pats[1..]);
455             new_patstack
456         })
457     }
458
459     /// This computes `S(self.head_ctor(), self)`. See top of the file for explanations.
460     ///
461     /// Structure patterns with a partial wild pattern (Foo { a: 42, .. }) have their missing
462     /// fields filled with wild patterns.
463     ///
464     /// This is roughly the inverse of `Constructor::apply`.
465     fn pop_head_constructor(&self, ctor_wild_subpatterns: &Fields<'p, 'tcx>) -> PatStack<'p, 'tcx> {
466         // We pop the head pattern and push the new fields extracted from the arguments of
467         // `self.head()`.
468         let mut new_fields =
469             ctor_wild_subpatterns.replace_with_pattern_arguments(self.head()).into_patterns();
470         new_fields.extend_from_slice(&self.pats[1..]);
471         PatStack::from_vec(new_fields)
472     }
473 }
474
475 impl<'p, 'tcx> Default for PatStack<'p, 'tcx> {
476     fn default() -> Self {
477         Self::from_vec(smallvec![])
478     }
479 }
480
481 impl<'p, 'tcx> PartialEq for PatStack<'p, 'tcx> {
482     fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
483         self.pats == other.pats
484     }
485 }
486
487 impl<'p, 'tcx> FromIterator<&'p Pat<'tcx>> for PatStack<'p, 'tcx> {
488     fn from_iter<T>(iter: T) -> Self
489     where
490         T: IntoIterator<Item = &'p Pat<'tcx>>,
491     {
492         Self::from_vec(iter.into_iter().collect())
493     }
494 }
495
496 /// Pretty-printing for matrix row.
497 impl<'p, 'tcx> fmt::Debug for PatStack<'p, 'tcx> {
498     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
499         write!(f, "+")?;
500         for pat in self.iter() {
501             write!(f, " {} +", pat)?;
502         }
503         Ok(())
504     }
505 }
506
507 /// A 2D matrix.
508 #[derive(Clone, PartialEq)]
509 pub(super) struct Matrix<'p, 'tcx> {
510     patterns: Vec<PatStack<'p, 'tcx>>,
511 }
512
513 impl<'p, 'tcx> Matrix<'p, 'tcx> {
514     fn empty() -> Self {
515         Matrix { patterns: vec![] }
516     }
517
518     /// Number of columns of this matrix. `None` is the matrix is empty.
519     pub(super) fn column_count(&self) -> Option<usize> {
520         self.patterns.get(0).map(|r| r.len())
521     }
522
523     /// Pushes a new row to the matrix. If the row starts with an or-pattern, this recursively
524     /// expands it.
525     fn push(&mut self, row: PatStack<'p, 'tcx>) {
526         if !row.is_empty() && is_or_pat(row.head()) {
527             for row in row.expand_or_pat() {
528                 self.patterns.push(row);
529             }
530         } else {
531             self.patterns.push(row);
532         }
533     }
534
535     /// Iterate over the first component of each row
536     fn heads<'a>(&'a self) -> impl Iterator<Item = &'a Pat<'tcx>> + Captures<'p> {
537         self.patterns.iter().map(|r| r.head())
538     }
539
540     /// Iterate over the first constructor of each row.
541     pub(super) fn head_ctors<'a>(
542         &'a self,
543         cx: &'a MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
544     ) -> impl Iterator<Item = &'a Constructor<'tcx>> + Captures<'p> + Clone {
545         self.patterns.iter().map(move |r| r.head_ctor(cx))
546     }
547
548     /// Iterate over the first constructor and the corresponding span of each row.
549     pub(super) fn head_ctors_and_spans<'a>(
550         &'a self,
551         cx: &'a MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
552     ) -> impl Iterator<Item = (&'a Constructor<'tcx>, Span)> + Captures<'p> {
553         self.patterns.iter().map(move |r| (r.head_ctor(cx), r.head().span))
554     }
555
556     /// This computes `S(constructor, self)`. See top of the file for explanations.
557     fn specialize_constructor(
558         &self,
559         pcx: PatCtxt<'_, 'p, 'tcx>,
560         ctor: &Constructor<'tcx>,
561         ctor_wild_subpatterns: &Fields<'p, 'tcx>,
562     ) -> Matrix<'p, 'tcx> {
563         self.patterns
564             .iter()
565             .filter(|r| ctor.is_covered_by(pcx, r.head_ctor(pcx.cx)))
566             .map(|r| r.pop_head_constructor(ctor_wild_subpatterns))
567             .collect()
568     }
569 }
570
571 /// Pretty-printer for matrices of patterns, example:
572 ///
573 /// ```text
574 /// + _     + []                +
575 /// + true  + [First]           +
576 /// + true  + [Second(true)]    +
577 /// + false + [_]               +
578 /// + _     + [_, _, tail @ ..] +
579 /// ```
580 impl<'p, 'tcx> fmt::Debug for Matrix<'p, 'tcx> {
581     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
582         write!(f, "\n")?;
583
584         let Matrix { patterns: m, .. } = self;
585         let pretty_printed_matrix: Vec<Vec<String>> =
586             m.iter().map(|row| row.iter().map(|pat| format!("{}", pat)).collect()).collect();
587
588         let column_count = m.iter().map(|row| row.len()).next().unwrap_or(0);
589         assert!(m.iter().all(|row| row.len() == column_count));
590         let column_widths: Vec<usize> = (0..column_count)
591             .map(|col| pretty_printed_matrix.iter().map(|row| row[col].len()).max().unwrap_or(0))
592             .collect();
593
594         for row in pretty_printed_matrix {
595             write!(f, "+")?;
596             for (column, pat_str) in row.into_iter().enumerate() {
597                 write!(f, " ")?;
598                 write!(f, "{:1$}", pat_str, column_widths[column])?;
599                 write!(f, " +")?;
600             }
601             write!(f, "\n")?;
602         }
603         Ok(())
604     }
605 }
606
607 impl<'p, 'tcx> FromIterator<PatStack<'p, 'tcx>> for Matrix<'p, 'tcx> {
608     fn from_iter<T>(iter: T) -> Self
609     where
610         T: IntoIterator<Item = PatStack<'p, 'tcx>>,
611     {
612         let mut matrix = Matrix::empty();
613         for x in iter {
614             // Using `push` ensures we correctly expand or-patterns.
615             matrix.push(x);
616         }
617         matrix
618     }
619 }
620
621 /// Given a pattern or a pattern-stack, this struct captures a set of its subpatterns. We use that
622 /// to track reachable sub-patterns arising from or-patterns. In the absence of or-patterns this
623 /// will always be either `Empty` (the whole pattern is unreachable) or `Full` (the whole pattern
624 /// is reachable). When there are or-patterns, some subpatterns may be reachable while others
625 /// aren't. In this case the whole pattern still counts as reachable, but we will lint the
626 /// unreachable subpatterns.
627 ///
628 /// This supports a limited set of operations, so not all possible sets of subpatterns can be
629 /// represented. That's ok, we only want the ones that make sense for our usage.
630 ///
631 /// What we're doing is illustrated by this:
632 /// ```
633 /// match (true, 0) {
634 ///     (true, 0) => {}
635 ///     (_, 1) => {}
636 ///     (true | false, 0 | 1) => {}
637 /// }
638 /// ```
639 /// When we try the alternatives of the `true | false` or-pattern, the last `0` is reachable in the
640 /// `false` alternative but not the `true`. So overall it is reachable. By contrast, the last `1`
641 /// is not reachable in either alternative, so we want to signal this to the user.
642 /// Therefore we take the union of sets of reachable patterns coming from different alternatives in
643 /// order to figure out which subpatterns are overall reachable.
644 ///
645 /// Invariant: we try to construct the smallest representation we can. In particular if
646 /// `self.is_empty()` we ensure that `self` is `Empty`, and same with `Full`. This is not important
647 /// for correctness currently.
648 #[derive(Debug, Clone)]
649 enum SubPatSet<'p, 'tcx> {
650     /// The empty set. This means the pattern is unreachable.
651     Empty,
652     /// The set containing the full pattern.
653     Full,
654     /// If the pattern is a pattern with a constructor or a pattern-stack, we store a set for each
655     /// of its subpatterns. Missing entries in the map are implicitly full, because that's the
656     /// common case.
657     Seq { subpats: FxHashMap<usize, SubPatSet<'p, 'tcx>> },
658     /// If the pattern is an or-pattern, we store a set for each of its alternatives. Missing
659     /// entries in the map are implicitly empty. Note: we always flatten nested or-patterns.
660     Alt {
661         subpats: FxHashMap<usize, SubPatSet<'p, 'tcx>>,
662         /// Counts the total number of alternatives in the pattern
663         alt_count: usize,
664         /// We keep the pattern around to retrieve spans.
665         pat: &'p Pat<'tcx>,
666     },
667 }
668
669 impl<'p, 'tcx> SubPatSet<'p, 'tcx> {
670     fn full() -> Self {
671         SubPatSet::Full
672     }
673     fn empty() -> Self {
674         SubPatSet::Empty
675     }
676
677     fn is_empty(&self) -> bool {
678         match self {
679             SubPatSet::Empty => true,
680             SubPatSet::Full => false,
681             // If any subpattern in a sequence is unreachable, the whole pattern is unreachable.
682             SubPatSet::Seq { subpats } => subpats.values().any(|set| set.is_empty()),
683             // An or-pattern is reachable if any of its alternatives is.
684             SubPatSet::Alt { subpats, .. } => subpats.values().all(|set| set.is_empty()),
685         }
686     }
687
688     fn is_full(&self) -> bool {
689         match self {
690             SubPatSet::Empty => false,
691             SubPatSet::Full => true,
692             // The whole pattern is reachable only when all its alternatives are.
693             SubPatSet::Seq { subpats } => subpats.values().all(|sub_set| sub_set.is_full()),
694             // The whole or-pattern is reachable only when all its alternatives are.
695             SubPatSet::Alt { subpats, alt_count, .. } => {
696                 subpats.len() == *alt_count && subpats.values().all(|set| set.is_full())
697             }
698         }
699     }
700
701     /// Union `self` with `other`, mutating `self`.
702     fn union(&mut self, other: Self) {
703         use SubPatSet::*;
704         // Union with full stays full; union with empty changes nothing.
705         if self.is_full() || other.is_empty() {
706             return;
707         } else if self.is_empty() {
708             *self = other;
709             return;
710         } else if other.is_full() {
711             *self = Full;
712             return;
713         }
714
715         match (&mut *self, other) {
716             (Seq { subpats: s_set }, Seq { subpats: mut o_set }) => {
717                 s_set.retain(|i, s_sub_set| {
718                     // Missing entries count as full.
719                     let o_sub_set = o_set.remove(&i).unwrap_or(Full);
720                     s_sub_set.union(o_sub_set);
721                     // We drop full entries.
722                     !s_sub_set.is_full()
723                 });
724                 // Everything left in `o_set` is missing from `s_set`, i.e. counts as full. Since
725                 // unioning with full returns full, we can drop those entries.
726             }
727             (Alt { subpats: s_set, .. }, Alt { subpats: mut o_set, .. }) => {
728                 s_set.retain(|i, s_sub_set| {
729                     // Missing entries count as empty.
730                     let o_sub_set = o_set.remove(&i).unwrap_or(Empty);
731                     s_sub_set.union(o_sub_set);
732                     // We drop empty entries.
733                     !s_sub_set.is_empty()
734                 });
735                 // Everything left in `o_set` is missing from `s_set`, i.e. counts as empty. Since
736                 // unioning with empty changes nothing, we can take those entries as is.
737                 s_set.extend(o_set);
738             }
739             _ => bug!(),
740         }
741
742         if self.is_full() {
743             *self = Full;
744         }
745     }
746
747     /// Returns a list of the spans of the unreachable subpatterns. If `self` is empty (i.e. the
748     /// whole pattern is unreachable) we return `None`.
749     fn list_unreachable_spans(&self) -> Option<Vec<Span>> {
750         /// Panics if `set.is_empty()`.
751         fn fill_spans(set: &SubPatSet<'_, '_>, spans: &mut Vec<Span>) {
752             match set {
753                 SubPatSet::Empty => bug!(),
754                 SubPatSet::Full => {}
755                 SubPatSet::Seq { subpats } => {
756                     for (_, sub_set) in subpats {
757                         fill_spans(sub_set, spans);
758                     }
759                 }
760                 SubPatSet::Alt { subpats, pat, alt_count, .. } => {
761                     let expanded = expand_or_pat(pat);
762                     for i in 0..*alt_count {
763                         let sub_set = subpats.get(&i).unwrap_or(&SubPatSet::Empty);
764                         if sub_set.is_empty() {
765                             // Found an unreachable subpattern.
766                             spans.push(expanded[i].span);
767                         } else {
768                             fill_spans(sub_set, spans);
769                         }
770                     }
771                 }
772             }
773         }
774
775         if self.is_empty() {
776             return None;
777         }
778         if self.is_full() {
779             // No subpatterns are unreachable.
780             return Some(Vec::new());
781         }
782         let mut spans = Vec::new();
783         fill_spans(self, &mut spans);
784         Some(spans)
785     }
786
787     /// When `self` refers to a patstack that was obtained from specialization, after running
788     /// `unspecialize` it will refer to the original patstack before specialization.
789     fn unspecialize(self, arity: usize) -> Self {
790         use SubPatSet::*;
791         match self {
792             Full => Full,
793             Empty => Empty,
794             Seq { subpats } => {
795                 // We gather the first `arity` subpatterns together and shift the remaining ones.
796                 let mut new_subpats = FxHashMap::default();
797                 let mut new_subpats_first_col = FxHashMap::default();
798                 for (i, sub_set) in subpats {
799                     if i < arity {
800                         // The first `arity` indices are now part of the pattern in the first
801                         // column.
802                         new_subpats_first_col.insert(i, sub_set);
803                     } else {
804                         // Indices after `arity` are simply shifted
805                         new_subpats.insert(i - arity + 1, sub_set);
806                     }
807                 }
808                 // If `new_subpats_first_col` has no entries it counts as full, so we can omit it.
809                 if !new_subpats_first_col.is_empty() {
810                     new_subpats.insert(0, Seq { subpats: new_subpats_first_col });
811                 }
812                 Seq { subpats: new_subpats }
813             }
814             Alt { .. } => bug!(), // `self` is a patstack
815         }
816     }
817
818     /// When `self` refers to a patstack that was obtained from splitting an or-pattern, after
819     /// running `unspecialize` it will refer to the original patstack before splitting.
820     ///
821     /// For example:
822     /// ```
823     /// match Some(true) {
824     ///     Some(true) => {}
825     ///     None | Some(true | false) => {}
826     /// }
827     /// ```
828     /// Here `None` would return the full set and `Some(true | false)` would return the set
829     /// containing `false`. After `unsplit_or_pat`, we want the set to contain `None` and `false`.
830     /// This is what this function does.
831     fn unsplit_or_pat(mut self, alt_id: usize, alt_count: usize, pat: &'p Pat<'tcx>) -> Self {
832         use SubPatSet::*;
833         if self.is_empty() {
834             return Empty;
835         }
836
837         // Subpatterns coming from inside the or-pattern alternative itself, e.g. in `None | Some(0
838         // | 1)`.
839         let set_first_col = match &mut self {
840             Full => Full,
841             Seq { subpats } => subpats.remove(&0).unwrap_or(Full),
842             Empty => unreachable!(),
843             Alt { .. } => bug!(), // `self` is a patstack
844         };
845         let mut subpats_first_col = FxHashMap::default();
846         subpats_first_col.insert(alt_id, set_first_col);
847         let set_first_col = Alt { subpats: subpats_first_col, pat, alt_count };
848
849         let mut subpats = match self {
850             Full => FxHashMap::default(),
851             Seq { subpats } => subpats,
852             Empty => unreachable!(),
853             Alt { .. } => bug!(), // `self` is a patstack
854         };
855         subpats.insert(0, set_first_col);
856         Seq { subpats }
857     }
858 }
859
860 /// This carries the results of computing usefulness, as described at the top of the file. When
861 /// checking usefulness of a match branch, we use the `NoWitnesses` variant, which also keeps track
862 /// of potential unreachable sub-patterns (in the presence of or-patterns). When checking
863 /// exhaustiveness of a whole match, we use the `WithWitnesses` variant, which carries a list of
864 /// witnesses of non-exhaustiveness when there are any.
865 /// Which variant to use is dictated by `WitnessPreference`.
866 #[derive(Clone, Debug)]
867 enum Usefulness<'p, 'tcx> {
868     /// Carries a set of subpatterns that have been found to be reachable. If empty, this indicates
869     /// the whole pattern is unreachable. If not, this indicates that the pattern is reachable but
870     /// that some sub-patterns may be unreachable (due to or-patterns). In the absence of
871     /// or-patterns this will always be either `Empty` (the whole pattern is unreachable) or `Full`
872     /// (the whole pattern is reachable).
873     NoWitnesses(SubPatSet<'p, 'tcx>),
874     /// Carries a list of witnesses of non-exhaustiveness. If empty, indicates that the whole
875     /// pattern is unreachable.
876     WithWitnesses(Vec<Witness<'tcx>>),
877 }
878
879 impl<'p, 'tcx> Usefulness<'p, 'tcx> {
880     fn new_useful(preference: WitnessPreference) -> Self {
881         match preference {
882             ConstructWitness => WithWitnesses(vec![Witness(vec![])]),
883             LeaveOutWitness => NoWitnesses(SubPatSet::full()),
884         }
885     }
886     fn new_not_useful(preference: WitnessPreference) -> Self {
887         match preference {
888             ConstructWitness => WithWitnesses(vec![]),
889             LeaveOutWitness => NoWitnesses(SubPatSet::empty()),
890         }
891     }
892
893     /// Combine usefulnesses from two branches. This is an associative operation.
894     fn extend(&mut self, other: Self) {
895         match (&mut *self, other) {
896             (WithWitnesses(_), WithWitnesses(o)) if o.is_empty() => {}
897             (WithWitnesses(s), WithWitnesses(o)) if s.is_empty() => *self = WithWitnesses(o),
898             (WithWitnesses(s), WithWitnesses(o)) => s.extend(o),
899             (NoWitnesses(s), NoWitnesses(o)) => s.union(o),
900             _ => unreachable!(),
901         }
902     }
903
904     /// When trying several branches and each returns a `Usefulness`, we need to combine the
905     /// results together.
906     fn merge(pref: WitnessPreference, usefulnesses: impl Iterator<Item = Self>) -> Self {
907         let mut ret = Self::new_not_useful(pref);
908         for u in usefulnesses {
909             ret.extend(u);
910             if let NoWitnesses(subpats) = &ret {
911                 if subpats.is_full() {
912                     // Once we reach the full set, more unions won't change the result.
913                     return ret;
914                 }
915             }
916         }
917         ret
918     }
919
920     /// After calculating the usefulness for a branch of an or-pattern, call this to make this
921     /// usefulness mergeable with those from the other branches.
922     fn unsplit_or_pat(self, alt_id: usize, alt_count: usize, pat: &'p Pat<'tcx>) -> Self {
923         match self {
924             NoWitnesses(subpats) => NoWitnesses(subpats.unsplit_or_pat(alt_id, alt_count, pat)),
925             WithWitnesses(_) => bug!(),
926         }
927     }
928
929     /// After calculating usefulness after a specialization, call this to recontruct a usefulness
930     /// that makes sense for the matrix pre-specialization. This new usefulness can then be merged
931     /// with the results of specializing with the other constructors.
932     fn apply_constructor(
933         self,
934         pcx: PatCtxt<'_, 'p, 'tcx>,
935         matrix: &Matrix<'p, 'tcx>, // used to compute missing ctors
936         ctor: &Constructor<'tcx>,
937         ctor_wild_subpatterns: &Fields<'p, 'tcx>,
938     ) -> Self {
939         match self {
940             WithWitnesses(witnesses) if witnesses.is_empty() => WithWitnesses(witnesses),
941             WithWitnesses(witnesses) => {
942                 let new_witnesses = if matches!(ctor, Constructor::Missing) {
943                     let mut split_wildcard = SplitWildcard::new(pcx);
944                     split_wildcard.split(pcx, matrix.head_ctors(pcx.cx));
945                     // Construct for each missing constructor a "wild" version of this
946                     // constructor, that matches everything that can be built with
947                     // it. For example, if `ctor` is a `Constructor::Variant` for
948                     // `Option::Some`, we get the pattern `Some(_)`.
949                     let new_patterns: Vec<_> = split_wildcard
950                         .iter_missing(pcx)
951                         .map(|missing_ctor| {
952                             Fields::wildcards(pcx, missing_ctor).apply(pcx, missing_ctor)
953                         })
954                         .collect();
955                     witnesses
956                         .into_iter()
957                         .flat_map(|witness| {
958                             new_patterns.iter().map(move |pat| {
959                                 let mut witness = witness.clone();
960                                 witness.0.push(pat.clone());
961                                 witness
962                             })
963                         })
964                         .collect()
965                 } else {
966                     witnesses
967                         .into_iter()
968                         .map(|witness| witness.apply_constructor(pcx, &ctor, ctor_wild_subpatterns))
969                         .collect()
970                 };
971                 WithWitnesses(new_witnesses)
972             }
973             NoWitnesses(subpats) => NoWitnesses(subpats.unspecialize(ctor_wild_subpatterns.len())),
974         }
975     }
976 }
977
978 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
979 enum WitnessPreference {
980     ConstructWitness,
981     LeaveOutWitness,
982 }
983
984 /// A witness of non-exhaustiveness for error reporting, represented
985 /// as a list of patterns (in reverse order of construction) with
986 /// wildcards inside to represent elements that can take any inhabitant
987 /// of the type as a value.
988 ///
989 /// A witness against a list of patterns should have the same types
990 /// and length as the pattern matched against. Because Rust `match`
991 /// is always against a single pattern, at the end the witness will
992 /// have length 1, but in the middle of the algorithm, it can contain
993 /// multiple patterns.
994 ///
995 /// For example, if we are constructing a witness for the match against
996 ///
997 /// ```
998 /// struct Pair(Option<(u32, u32)>, bool);
999 ///
1000 /// match (p: Pair) {
1001 ///    Pair(None, _) => {}
1002 ///    Pair(_, false) => {}
1003 /// }
1004 /// ```
1005 ///
1006 /// We'll perform the following steps:
1007 /// 1. Start with an empty witness
1008 ///     `Witness(vec![])`
1009 /// 2. Push a witness `true` against the `false`
1010 ///     `Witness(vec![true])`
1011 /// 3. Push a witness `Some(_)` against the `None`
1012 ///     `Witness(vec![true, Some(_)])`
1013 /// 4. Apply the `Pair` constructor to the witnesses
1014 ///     `Witness(vec![Pair(Some(_), true)])`
1015 ///
1016 /// The final `Pair(Some(_), true)` is then the resulting witness.
1017 #[derive(Clone, Debug)]
1018 crate struct Witness<'tcx>(Vec<Pat<'tcx>>);
1019
1020 impl<'tcx> Witness<'tcx> {
1021     /// Asserts that the witness contains a single pattern, and returns it.
1022     fn single_pattern(self) -> Pat<'tcx> {
1023         assert_eq!(self.0.len(), 1);
1024         self.0.into_iter().next().unwrap()
1025     }
1026
1027     /// Constructs a partial witness for a pattern given a list of
1028     /// patterns expanded by the specialization step.
1029     ///
1030     /// When a pattern P is discovered to be useful, this function is used bottom-up
1031     /// to reconstruct a complete witness, e.g., a pattern P' that covers a subset
1032     /// of values, V, where each value in that set is not covered by any previously
1033     /// used patterns and is covered by the pattern P'. Examples:
1034     ///
1035     /// left_ty: tuple of 3 elements
1036     /// pats: [10, 20, _]           => (10, 20, _)
1037     ///
1038     /// left_ty: struct X { a: (bool, &'static str), b: usize}
1039     /// pats: [(false, "foo"), 42]  => X { a: (false, "foo"), b: 42 }
1040     fn apply_constructor<'p>(
1041         mut self,
1042         pcx: PatCtxt<'_, 'p, 'tcx>,
1043         ctor: &Constructor<'tcx>,
1044         ctor_wild_subpatterns: &Fields<'p, 'tcx>,
1045     ) -> Self {
1046         let pat = {
1047             let len = self.0.len();
1048             let arity = ctor_wild_subpatterns.len();
1049             let pats = self.0.drain((len - arity)..).rev();
1050             ctor_wild_subpatterns.replace_fields(pcx.cx, pats).apply(pcx, ctor)
1051         };
1052
1053         self.0.push(pat);
1054
1055         self
1056     }
1057 }
1058
1059 /// Algorithm from <http://moscova.inria.fr/~maranget/papers/warn/index.html>.
1060 /// The algorithm from the paper has been modified to correctly handle empty
1061 /// types. The changes are:
1062 ///   (0) We don't exit early if the pattern matrix has zero rows. We just
1063 ///       continue to recurse over columns.
1064 ///   (1) all_constructors will only return constructors that are statically
1065 ///       possible. E.g., it will only return `Ok` for `Result<T, !>`.
1066 ///
1067 /// This finds whether a (row) vector `v` of patterns is 'useful' in relation
1068 /// to a set of such vectors `m` - this is defined as there being a set of
1069 /// inputs that will match `v` but not any of the sets in `m`.
1070 ///
1071 /// All the patterns at each column of the `matrix ++ v` matrix must have the same type.
1072 ///
1073 /// This is used both for reachability checking (if a pattern isn't useful in
1074 /// relation to preceding patterns, it is not reachable) and exhaustiveness
1075 /// checking (if a wildcard pattern is useful in relation to a matrix, the
1076 /// matrix isn't exhaustive).
1077 ///
1078 /// `is_under_guard` is used to inform if the pattern has a guard. If it
1079 /// has one it must not be inserted into the matrix. This shouldn't be
1080 /// relied on for soundness.
1081 #[instrument(
1082     level = "debug",
1083     skip(cx, matrix, witness_preference, hir_id, is_under_guard, is_top_level)
1084 )]
1085 fn is_useful<'p, 'tcx>(
1086     cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1087     matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
1088     v: &PatStack<'p, 'tcx>,
1089     witness_preference: WitnessPreference,
1090     hir_id: HirId,
1091     is_under_guard: bool,
1092     is_top_level: bool,
1093 ) -> Usefulness<'p, 'tcx> {
1094     debug!("matrix,v={:?}{:?}", matrix, v);
1095     let Matrix { patterns: rows, .. } = matrix;
1096
1097     // The base case. We are pattern-matching on () and the return value is
1098     // based on whether our matrix has a row or not.
1099     // NOTE: This could potentially be optimized by checking rows.is_empty()
1100     // first and then, if v is non-empty, the return value is based on whether
1101     // the type of the tuple we're checking is inhabited or not.
1102     if v.is_empty() {
1103         let ret = if rows.is_empty() {
1104             Usefulness::new_useful(witness_preference)
1105         } else {
1106             Usefulness::new_not_useful(witness_preference)
1107         };
1108         debug!(?ret);
1109         return ret;
1110     }
1111
1112     assert!(rows.iter().all(|r| r.len() == v.len()));
1113
1114     // FIXME(Nadrieril): Hack to work around type normalization issues (see #72476).
1115     let ty = matrix.heads().next().map_or(v.head().ty, |r| r.ty);
1116     let pcx = PatCtxt { cx, ty, span: v.head().span, is_top_level };
1117
1118     // If the first pattern is an or-pattern, expand it.
1119     let ret = if is_or_pat(v.head()) {
1120         debug!("expanding or-pattern");
1121         let v_head = v.head();
1122         let vs: Vec<_> = v.expand_or_pat().collect();
1123         let alt_count = vs.len();
1124         // We try each or-pattern branch in turn.
1125         let mut matrix = matrix.clone();
1126         let usefulnesses = vs.into_iter().enumerate().map(|(i, v)| {
1127             let usefulness =
1128                 is_useful(cx, &matrix, &v, witness_preference, hir_id, is_under_guard, false);
1129             // If pattern has a guard don't add it to the matrix.
1130             if !is_under_guard {
1131                 // We push the already-seen patterns into the matrix in order to detect redundant
1132                 // branches like `Some(_) | Some(0)`.
1133                 matrix.push(v);
1134             }
1135             usefulness.unsplit_or_pat(i, alt_count, v_head)
1136         });
1137         Usefulness::merge(witness_preference, usefulnesses)
1138     } else {
1139         let v_ctor = v.head_ctor(cx);
1140         if let Constructor::IntRange(ctor_range) = &v_ctor {
1141             // Lint on likely incorrect range patterns (#63987)
1142             ctor_range.lint_overlapping_range_endpoints(
1143                 pcx,
1144                 matrix.head_ctors_and_spans(cx),
1145                 matrix.column_count().unwrap_or(0),
1146                 hir_id,
1147             )
1148         }
1149         // We split the head constructor of `v`.
1150         let split_ctors = v_ctor.split(pcx, matrix.head_ctors(cx));
1151         // For each constructor, we compute whether there's a value that starts with it that would
1152         // witness the usefulness of `v`.
1153         let start_matrix = &matrix;
1154         let usefulnesses = split_ctors.into_iter().map(|ctor| {
1155             debug!("specialize({:?})", ctor);
1156             // We cache the result of `Fields::wildcards` because it is used a lot.
1157             let ctor_wild_subpatterns = Fields::wildcards(pcx, &ctor);
1158             let spec_matrix =
1159                 start_matrix.specialize_constructor(pcx, &ctor, &ctor_wild_subpatterns);
1160             let v = v.pop_head_constructor(&ctor_wild_subpatterns);
1161             let usefulness =
1162                 is_useful(cx, &spec_matrix, &v, witness_preference, hir_id, is_under_guard, false);
1163             usefulness.apply_constructor(pcx, start_matrix, &ctor, &ctor_wild_subpatterns)
1164         });
1165         Usefulness::merge(witness_preference, usefulnesses)
1166     };
1167     debug!(?ret);
1168     ret
1169 }
1170
1171 /// The arm of a match expression.
1172 #[derive(Clone, Copy)]
1173 crate struct MatchArm<'p, 'tcx> {
1174     /// The pattern must have been lowered through `check_match::MatchVisitor::lower_pattern`.
1175     crate pat: &'p Pat<'tcx>,
1176     crate hir_id: HirId,
1177     crate has_guard: bool,
1178 }
1179
1180 /// Indicates whether or not a given arm is reachable.
1181 #[derive(Clone, Debug)]
1182 crate enum Reachability {
1183     /// The arm is reachable. This additionally carries a set of or-pattern branches that have been
1184     /// found to be unreachable despite the overall arm being reachable. Used only in the presence
1185     /// of or-patterns, otherwise it stays empty.
1186     Reachable(Vec<Span>),
1187     /// The arm is unreachable.
1188     Unreachable,
1189 }
1190
1191 /// The output of checking a match for exhaustiveness and arm reachability.
1192 crate struct UsefulnessReport<'p, 'tcx> {
1193     /// For each arm of the input, whether that arm is reachable after the arms above it.
1194     crate arm_usefulness: Vec<(MatchArm<'p, 'tcx>, Reachability)>,
1195     /// If the match is exhaustive, this is empty. If not, this contains witnesses for the lack of
1196     /// exhaustiveness.
1197     crate non_exhaustiveness_witnesses: Vec<Pat<'tcx>>,
1198 }
1199
1200 /// The entrypoint for the usefulness algorithm. Computes whether a match is exhaustive and which
1201 /// of its arms are reachable.
1202 ///
1203 /// Note: the input patterns must have been lowered through
1204 /// `check_match::MatchVisitor::lower_pattern`.
1205 crate fn compute_match_usefulness<'p, 'tcx>(
1206     cx: &MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1207     arms: &[MatchArm<'p, 'tcx>],
1208     scrut_hir_id: HirId,
1209     scrut_ty: Ty<'tcx>,
1210 ) -> UsefulnessReport<'p, 'tcx> {
1211     let mut matrix = Matrix::empty();
1212     let arm_usefulness: Vec<_> = arms
1213         .iter()
1214         .copied()
1215         .map(|arm| {
1216             let v = PatStack::from_pattern(arm.pat);
1217             let usefulness =
1218                 is_useful(cx, &matrix, &v, LeaveOutWitness, arm.hir_id, arm.has_guard, true);
1219             if !arm.has_guard {
1220                 matrix.push(v);
1221             }
1222             let reachability = match usefulness {
1223                 NoWitnesses(subpats) if subpats.is_empty() => Reachability::Unreachable,
1224                 NoWitnesses(subpats) => {
1225                     Reachability::Reachable(subpats.list_unreachable_spans().unwrap())
1226                 }
1227                 WithWitnesses(..) => bug!(),
1228             };
1229             (arm, reachability)
1230         })
1231         .collect();
1232
1233     let wild_pattern = cx.pattern_arena.alloc(Pat::wildcard_from_ty(scrut_ty));
1234     let v = PatStack::from_pattern(wild_pattern);
1235     let usefulness = is_useful(cx, &matrix, &v, ConstructWitness, scrut_hir_id, false, true);
1236     let non_exhaustiveness_witnesses = match usefulness {
1237         WithWitnesses(pats) => pats.into_iter().map(|w| w.single_pattern()).collect(),
1238         NoWitnesses(_) => bug!(),
1239     };
1240     UsefulnessReport { arm_usefulness, non_exhaustiveness_witnesses }
1241 }