]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - crates/hir_ty/src/diagnostics/match_check/deconstruct_pat.rs
Merge #10951
[rust.git] / crates / hir_ty / src / diagnostics / match_check / deconstruct_pat.rs
1 //! [`super::usefulness`] explains most of what is happening in this file. As explained there,
2 //! values and patterns are made from constructors applied to fields. This file defines a
3 //! `Constructor` enum, a `Fields` struct, and various operations to manipulate them and convert
4 //! them from/to patterns.
5 //!
6 //! There's one idea that is not detailed in [`super::usefulness`] because the details are not
7 //! needed there: _constructor splitting_.
8 //!
9 //! # Constructor splitting
10 //!
11 //! The idea is as follows: given a constructor `c` and a matrix, we want to specialize in turn
12 //! with all the value constructors that are covered by `c`, and compute usefulness for each.
13 //! Instead of listing all those constructors (which is intractable), we group those value
14 //! constructors together as much as possible. Example:
15 //!
16 //! ```
17 //! match (0, false) {
18 //!     (0 ..=100, true) => {} // `p_1`
19 //!     (50..=150, false) => {} // `p_2`
20 //!     (0 ..=200, _) => {} // `q`
21 //! }
22 //! ```
23 //!
24 //! The naive approach would try all numbers in the range `0..=200`. But we can be a lot more
25 //! clever: `0` and `1` for example will match the exact same rows, and return equivalent
26 //! witnesses. In fact all of `0..50` would. We can thus restrict our exploration to 4
27 //! constructors: `0..50`, `50..=100`, `101..=150` and `151..=200`. That is enough and infinitely
28 //! more tractable.
29 //!
30 //! We capture this idea in a function `split(p_1 ... p_n, c)` which returns a list of constructors
31 //! `c'` covered by `c`. Given such a `c'`, we require that all value ctors `c''` covered by `c'`
32 //! return an equivalent set of witnesses after specializing and computing usefulness.
33 //! In the example above, witnesses for specializing by `c''` covered by `0..50` will only differ
34 //! in their first element.
35 //!
36 //! We usually also ask that the `c'` together cover all of the original `c`. However we allow
37 //! skipping some constructors as long as it doesn't change whether the resulting list of witnesses
38 //! is empty of not. We use this in the wildcard `_` case.
39 //!
40 //! Splitting is implemented in the [`Constructor::split`] function. We don't do splitting for
41 //! or-patterns; instead we just try the alternatives one-by-one. For details on splitting
42 //! wildcards, see [`SplitWildcard`]; for integer ranges, see [`SplitIntRange`].
43
44 use std::{
45     cmp::{max, min},
46     iter::once,
47     ops::RangeInclusive,
48 };
49
50 use hir_def::{EnumVariantId, HasModule, LocalFieldId, VariantId};
51 use smallvec::{smallvec, SmallVec};
52 use stdx::never;
53 use syntax::SmolStr;
54
55 use crate::{AdtId, Interner, Scalar, Ty, TyExt, TyKind};
56
57 use super::{
58     usefulness::{MatchCheckCtx, PatCtxt},
59     FieldPat, Pat, PatId, PatKind,
60 };
61
62 use self::Constructor::*;
63
64 /// [Constructor] uses this in umimplemented variants.
65 /// It allows porting match expressions from upstream algorithm without losing semantics.
66 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq)]
67 pub(super) enum Void {}
68
69 /// An inclusive interval, used for precise integer exhaustiveness checking.
70 /// `IntRange`s always store a contiguous range. This means that values are
71 /// encoded such that `0` encodes the minimum value for the integer,
72 /// regardless of the signedness.
73 /// For example, the pattern `-128..=127i8` is encoded as `0..=255`.
74 /// This makes comparisons and arithmetic on interval endpoints much more
75 /// straightforward. See `signed_bias` for details.
76 ///
77 /// `IntRange` is never used to encode an empty range or a "range" that wraps
78 /// around the (offset) space: i.e., `range.lo <= range.hi`.
79 #[derive(Clone, Debug, PartialEq, Eq)]
80 pub(super) struct IntRange {
81     range: RangeInclusive<u128>,
82 }
83
84 impl IntRange {
85     #[inline]
86     fn is_integral(ty: &Ty) -> bool {
87         matches!(
88             ty.kind(&Interner),
89             TyKind::Scalar(Scalar::Char | Scalar::Int(_) | Scalar::Uint(_) | Scalar::Bool)
90         )
91     }
92
93     fn is_singleton(&self) -> bool {
94         self.range.start() == self.range.end()
95     }
96
97     fn boundaries(&self) -> (u128, u128) {
98         (*self.range.start(), *self.range.end())
99     }
100
101     #[inline]
102     fn from_bool(value: bool) -> IntRange {
103         let val = value as u128;
104         IntRange { range: val..=val }
105     }
106
107     #[inline]
108     fn from_range(lo: u128, hi: u128, scalar_ty: Scalar) -> IntRange {
109         match scalar_ty {
110             Scalar::Bool => IntRange { range: lo..=hi },
111             _ => unimplemented!(),
112         }
113     }
114
115     fn is_subrange(&self, other: &Self) -> bool {
116         other.range.start() <= self.range.start() && self.range.end() <= other.range.end()
117     }
118
119     fn intersection(&self, other: &Self) -> Option<Self> {
120         let (lo, hi) = self.boundaries();
121         let (other_lo, other_hi) = other.boundaries();
122         if lo <= other_hi && other_lo <= hi {
123             Some(IntRange { range: max(lo, other_lo)..=min(hi, other_hi) })
124         } else {
125             None
126         }
127     }
128
129     /// See `Constructor::is_covered_by`
130     fn is_covered_by(&self, other: &Self) -> bool {
131         if self.intersection(other).is_some() {
132             // Constructor splitting should ensure that all intersections we encounter are actually
133             // inclusions.
134             assert!(self.is_subrange(other));
135             true
136         } else {
137             false
138         }
139     }
140 }
141
142 /// Represents a border between 2 integers. Because the intervals spanning borders must be able to
143 /// cover every integer, we need to be able to represent 2^128 + 1 such borders.
144 #[derive(Debug, Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord)]
145 enum IntBorder {
146     JustBefore(u128),
147     AfterMax,
148 }
149
150 /// A range of integers that is partitioned into disjoint subranges. This does constructor
151 /// splitting for integer ranges as explained at the top of the file.
152 ///
153 /// This is fed multiple ranges, and returns an output that covers the input, but is split so that
154 /// the only intersections between an output range and a seen range are inclusions. No output range
155 /// straddles the boundary of one of the inputs.
156 ///
157 /// The following input:
158 /// ```
159 ///   |-------------------------| // `self`
160 /// |------|  |----------|   |----|
161 ///    |-------| |-------|
162 /// ```
163 /// would be iterated over as follows:
164 /// ```
165 ///   ||---|--||-|---|---|---|--|
166 /// ```
167 #[derive(Debug, Clone)]
168 struct SplitIntRange {
169     /// The range we are splitting
170     range: IntRange,
171     /// The borders of ranges we have seen. They are all contained within `range`. This is kept
172     /// sorted.
173     borders: Vec<IntBorder>,
174 }
175
176 impl SplitIntRange {
177     fn new(range: IntRange) -> Self {
178         SplitIntRange { range, borders: Vec::new() }
179     }
180
181     /// Internal use
182     fn to_borders(r: IntRange) -> [IntBorder; 2] {
183         use IntBorder::*;
184         let (lo, hi) = r.boundaries();
185         let lo = JustBefore(lo);
186         let hi = match hi.checked_add(1) {
187             Some(m) => JustBefore(m),
188             None => AfterMax,
189         };
190         [lo, hi]
191     }
192
193     /// Add ranges relative to which we split.
194     fn split(&mut self, ranges: impl Iterator<Item = IntRange>) {
195         let this_range = &self.range;
196         let included_ranges = ranges.filter_map(|r| this_range.intersection(&r));
197         let included_borders = included_ranges.flat_map(|r| {
198             let borders = Self::to_borders(r);
199             once(borders[0]).chain(once(borders[1]))
200         });
201         self.borders.extend(included_borders);
202         self.borders.sort_unstable();
203     }
204
205     /// Iterate over the contained ranges.
206     fn iter(&self) -> impl Iterator<Item = IntRange> + '_ {
207         use IntBorder::*;
208
209         let self_range = Self::to_borders(self.range.clone());
210         // Start with the start of the range.
211         let mut prev_border = self_range[0];
212         self.borders
213             .iter()
214             .copied()
215             // End with the end of the range.
216             .chain(once(self_range[1]))
217             // List pairs of adjacent borders.
218             .map(move |border| {
219                 let ret = (prev_border, border);
220                 prev_border = border;
221                 ret
222             })
223             // Skip duplicates.
224             .filter(|(prev_border, border)| prev_border != border)
225             // Finally, convert to ranges.
226             .map(|(prev_border, border)| {
227                 let range = match (prev_border, border) {
228                     (JustBefore(n), JustBefore(m)) if n < m => n..=(m - 1),
229                     (JustBefore(n), AfterMax) => n..=u128::MAX,
230                     _ => unreachable!(), // Ruled out by the sorting and filtering we did
231                 };
232                 IntRange { range }
233             })
234     }
235 }
236
237 /// A constructor for array and slice patterns.
238 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq)]
239 pub(super) struct Slice {
240     _unimplemented: Void,
241 }
242
243 impl Slice {
244     /// See `Constructor::is_covered_by`
245     fn is_covered_by(self, _other: Self) -> bool {
246         unimplemented!() // never called as Slice contains Void
247     }
248 }
249
250 /// A value can be decomposed into a constructor applied to some fields. This struct represents
251 /// the constructor. See also `Fields`.
252 ///
253 /// `pat_constructor` retrieves the constructor corresponding to a pattern.
254 /// `specialize_constructor` returns the list of fields corresponding to a pattern, given a
255 /// constructor. `Constructor::apply` reconstructs the pattern from a pair of `Constructor` and
256 /// `Fields`.
257 #[allow(dead_code)]
258 #[derive(Clone, Debug, PartialEq)]
259 pub(super) enum Constructor {
260     /// The constructor for patterns that have a single constructor, like tuples, struct patterns
261     /// and fixed-length arrays.
262     Single,
263     /// Enum variants.
264     Variant(EnumVariantId),
265     /// Ranges of integer literal values (`2`, `2..=5` or `2..5`).
266     IntRange(IntRange),
267     /// Ranges of floating-point literal values (`2.0..=5.2`).
268     FloatRange(Void),
269     /// String literals. Strings are not quite the same as `&[u8]` so we treat them separately.
270     Str(Void),
271     /// Array and slice patterns.
272     Slice(Slice),
273     /// Constants that must not be matched structurally. They are treated as black
274     /// boxes for the purposes of exhaustiveness: we must not inspect them, and they
275     /// don't count towards making a match exhaustive.
276     Opaque,
277     /// Fake extra constructor for enums that aren't allowed to be matched exhaustively. Also used
278     /// for those types for which we cannot list constructors explicitly, like `f64` and `str`.
279     NonExhaustive,
280     /// Stands for constructors that are not seen in the matrix, as explained in the documentation
281     /// for [`SplitWildcard`].
282     Missing,
283     /// Wildcard pattern.
284     Wildcard,
285 }
286
287 impl Constructor {
288     pub(super) fn is_wildcard(&self) -> bool {
289         matches!(self, Wildcard)
290     }
291
292     fn as_int_range(&self) -> Option<&IntRange> {
293         match self {
294             IntRange(range) => Some(range),
295             _ => None,
296         }
297     }
298
299     fn as_slice(&self) -> Option<Slice> {
300         match self {
301             Slice(slice) => Some(*slice),
302             _ => None,
303         }
304     }
305
306     fn variant_id_for_adt(&self, adt: hir_def::AdtId) -> VariantId {
307         match *self {
308             Variant(id) => id.into(),
309             Single => {
310                 assert!(!matches!(adt, hir_def::AdtId::EnumId(_)));
311                 match adt {
312                     hir_def::AdtId::EnumId(_) => unreachable!(),
313                     hir_def::AdtId::StructId(id) => id.into(),
314                     hir_def::AdtId::UnionId(id) => id.into(),
315                 }
316             }
317             _ => panic!("bad constructor {:?} for adt {:?}", self, adt),
318         }
319     }
320
321     /// Determines the constructor that the given pattern can be specialized to.
322     pub(super) fn from_pat(cx: &MatchCheckCtx<'_>, pat: PatId) -> Self {
323         match cx.pattern_arena.borrow()[pat].kind.as_ref() {
324             PatKind::Binding { .. } | PatKind::Wild => Wildcard,
325             PatKind::Leaf { .. } | PatKind::Deref { .. } => Single,
326             &PatKind::Variant { enum_variant, .. } => Variant(enum_variant),
327             &PatKind::LiteralBool { value } => IntRange(IntRange::from_bool(value)),
328             PatKind::Or { .. } => {
329                 never!("Or-pattern should have been expanded earlier on.");
330                 Wildcard
331             }
332         }
333     }
334
335     /// Some constructors (namely `Wildcard`, `IntRange` and `Slice`) actually stand for a set of actual
336     /// constructors (like variants, integers or fixed-sized slices). When specializing for these
337     /// constructors, we want to be specialising for the actual underlying constructors.
338     /// Naively, we would simply return the list of constructors they correspond to. We instead are
339     /// more clever: if there are constructors that we know will behave the same wrt the current
340     /// matrix, we keep them grouped. For example, all slices of a sufficiently large length
341     /// will either be all useful or all non-useful with a given matrix.
342     ///
343     /// See the branches for details on how the splitting is done.
344     ///
345     /// This function may discard some irrelevant constructors if this preserves behavior and
346     /// diagnostics. Eg. for the `_` case, we ignore the constructors already present in the
347     /// matrix, unless all of them are.
348     pub(super) fn split<'a>(
349         &self,
350         pcx: PatCtxt<'_>,
351         ctors: impl Iterator<Item = &'a Constructor> + Clone,
352     ) -> SmallVec<[Self; 1]> {
353         match self {
354             Wildcard => {
355                 let mut split_wildcard = SplitWildcard::new(pcx);
356                 split_wildcard.split(pcx, ctors);
357                 split_wildcard.into_ctors(pcx)
358             }
359             // Fast-track if the range is trivial. In particular, we don't do the overlapping
360             // ranges check.
361             IntRange(ctor_range) if !ctor_range.is_singleton() => {
362                 let mut split_range = SplitIntRange::new(ctor_range.clone());
363                 let int_ranges = ctors.filter_map(|ctor| ctor.as_int_range());
364                 split_range.split(int_ranges.cloned());
365                 split_range.iter().map(IntRange).collect()
366             }
367             Slice(_) => unimplemented!(),
368             // Any other constructor can be used unchanged.
369             _ => smallvec![self.clone()],
370         }
371     }
372
373     /// Returns whether `self` is covered by `other`, i.e. whether `self` is a subset of `other`.
374     /// For the simple cases, this is simply checking for equality. For the "grouped" constructors,
375     /// this checks for inclusion.
376     // We inline because this has a single call site in `Matrix::specialize_constructor`.
377     #[inline]
378     pub(super) fn is_covered_by(&self, _pcx: PatCtxt<'_>, other: &Self) -> bool {
379         // This must be kept in sync with `is_covered_by_any`.
380         match (self, other) {
381             // Wildcards cover anything
382             (_, Wildcard) => true,
383             // The missing ctors are not covered by anything in the matrix except wildcards.
384             (Missing | Wildcard, _) => false,
385
386             (Single, Single) => true,
387             (Variant(self_id), Variant(other_id)) => self_id == other_id,
388
389             (IntRange(self_range), IntRange(other_range)) => self_range.is_covered_by(other_range),
390             (FloatRange(..), FloatRange(..)) => {
391                 unimplemented!()
392             }
393             (Str(..), Str(..)) => {
394                 unimplemented!()
395             }
396             (Slice(self_slice), Slice(other_slice)) => self_slice.is_covered_by(*other_slice),
397
398             // We are trying to inspect an opaque constant. Thus we skip the row.
399             (Opaque, _) | (_, Opaque) => false,
400             // Only a wildcard pattern can match the special extra constructor.
401             (NonExhaustive, _) => false,
402
403             _ => {
404                 never!("trying to compare incompatible constructors {:?} and {:?}", self, other);
405                 // Continue with 'whatever is covered' supposed to result in false no-error diagnostic.
406                 true
407             }
408         }
409     }
410
411     /// Faster version of `is_covered_by` when applied to many constructors. `used_ctors` is
412     /// assumed to be built from `matrix.head_ctors()` with wildcards filtered out, and `self` is
413     /// assumed to have been split from a wildcard.
414     fn is_covered_by_any(&self, _pcx: PatCtxt<'_>, used_ctors: &[Constructor]) -> bool {
415         if used_ctors.is_empty() {
416             return false;
417         }
418
419         // This must be kept in sync with `is_covered_by`.
420         match self {
421             // If `self` is `Single`, `used_ctors` cannot contain anything else than `Single`s.
422             Single => !used_ctors.is_empty(),
423             Variant(_) => used_ctors.iter().any(|c| c == self),
424             IntRange(range) => used_ctors
425                 .iter()
426                 .filter_map(|c| c.as_int_range())
427                 .any(|other| range.is_covered_by(other)),
428             Slice(slice) => used_ctors
429                 .iter()
430                 .filter_map(|c| c.as_slice())
431                 .any(|other| slice.is_covered_by(other)),
432             // This constructor is never covered by anything else
433             NonExhaustive => false,
434             Str(..) | FloatRange(..) | Opaque | Missing | Wildcard => {
435                 never!("found unexpected ctor in all_ctors: {:?}", self);
436                 true
437             }
438         }
439     }
440 }
441
442 /// A wildcard constructor that we split relative to the constructors in the matrix, as explained
443 /// at the top of the file.
444 ///
445 /// A constructor that is not present in the matrix rows will only be covered by the rows that have
446 /// wildcards. Thus we can group all of those constructors together; we call them "missing
447 /// constructors". Splitting a wildcard would therefore list all present constructors individually
448 /// (or grouped if they are integers or slices), and then all missing constructors together as a
449 /// group.
450 ///
451 /// However we can go further: since any constructor will match the wildcard rows, and having more
452 /// rows can only reduce the amount of usefulness witnesses, we can skip the present constructors
453 /// and only try the missing ones.
454 /// This will not preserve the whole list of witnesses, but will preserve whether the list is empty
455 /// or not. In fact this is quite natural from the point of view of diagnostics too. This is done
456 /// in `to_ctors`: in some cases we only return `Missing`.
457 #[derive(Debug)]
458 pub(super) struct SplitWildcard {
459     /// Constructors seen in the matrix.
460     matrix_ctors: Vec<Constructor>,
461     /// All the constructors for this type
462     all_ctors: SmallVec<[Constructor; 1]>,
463 }
464
465 impl SplitWildcard {
466     pub(super) fn new(pcx: PatCtxt<'_>) -> Self {
467         let cx = pcx.cx;
468         let make_range = |start, end, scalar| IntRange(IntRange::from_range(start, end, scalar));
469
470         // Unhandled types are treated as non-exhaustive. Being explicit here instead of falling
471         // to catchall arm to ease further implementation.
472         let unhandled = || smallvec![NonExhaustive];
473
474         // This determines the set of all possible constructors for the type `pcx.ty`. For numbers,
475         // arrays and slices we use ranges and variable-length slices when appropriate.
476         //
477         // If the `exhaustive_patterns` feature is enabled, we make sure to omit constructors that
478         // are statically impossible. E.g., for `Option<!>`, we do not include `Some(_)` in the
479         // returned list of constructors.
480         // Invariant: this is empty if and only if the type is uninhabited (as determined by
481         // `cx.is_uninhabited()`).
482         let all_ctors = match pcx.ty.kind(&Interner) {
483             TyKind::Scalar(Scalar::Bool) => smallvec![make_range(0, 1, Scalar::Bool)],
484             // TyKind::Array(..) if ... => unhandled(),
485             TyKind::Array(..) | TyKind::Slice(..) => unhandled(),
486             &TyKind::Adt(AdtId(hir_def::AdtId::EnumId(enum_id)), ref _substs) => {
487                 let enum_data = cx.db.enum_data(enum_id);
488
489                 // If the enum is declared as `#[non_exhaustive]`, we treat it as if it had an
490                 // additional "unknown" constructor.
491                 // There is no point in enumerating all possible variants, because the user can't
492                 // actually match against them all themselves. So we always return only the fictitious
493                 // constructor.
494                 // E.g., in an example like:
495                 //
496                 // ```
497                 //     let err: io::ErrorKind = ...;
498                 //     match err {
499                 //         io::ErrorKind::NotFound => {},
500                 //     }
501                 // ```
502                 //
503                 // we don't want to show every possible IO error, but instead have only `_` as the
504                 // witness.
505                 let is_declared_nonexhaustive = cx.is_foreign_non_exhaustive_enum(enum_id);
506
507                 // If `exhaustive_patterns` is disabled and our scrutinee is an empty enum, we treat it
508                 // as though it had an "unknown" constructor to avoid exposing its emptiness. The
509                 // exception is if the pattern is at the top level, because we want empty matches to be
510                 // considered exhaustive.
511                 let is_secretly_empty = enum_data.variants.is_empty()
512                     && !cx.feature_exhaustive_patterns()
513                     && !pcx.is_top_level;
514
515                 if is_secretly_empty || is_declared_nonexhaustive {
516                     smallvec![NonExhaustive]
517                 } else if cx.feature_exhaustive_patterns() {
518                     unimplemented!() // see MatchCheckCtx.feature_exhaustive_patterns()
519                 } else {
520                     enum_data
521                         .variants
522                         .iter()
523                         .map(|(local_id, ..)| Variant(EnumVariantId { parent: enum_id, local_id }))
524                         .collect()
525                 }
526             }
527             TyKind::Scalar(Scalar::Char) => unhandled(),
528             TyKind::Scalar(Scalar::Int(..) | Scalar::Uint(..)) => unhandled(),
529             TyKind::Never if !cx.feature_exhaustive_patterns() && !pcx.is_top_level => {
530                 smallvec![NonExhaustive]
531             }
532             TyKind::Never => SmallVec::new(),
533             _ if cx.is_uninhabited(pcx.ty) => SmallVec::new(),
534             TyKind::Adt(..) | TyKind::Tuple(..) | TyKind::Ref(..) => smallvec![Single],
535             // This type is one for which we cannot list constructors, like `str` or `f64`.
536             _ => smallvec![NonExhaustive],
537         };
538         SplitWildcard { matrix_ctors: Vec::new(), all_ctors }
539     }
540
541     /// Pass a set of constructors relative to which to split this one. Don't call twice, it won't
542     /// do what you want.
543     pub(super) fn split<'a>(
544         &mut self,
545         pcx: PatCtxt<'_>,
546         ctors: impl Iterator<Item = &'a Constructor> + Clone,
547     ) {
548         // Since `all_ctors` never contains wildcards, this won't recurse further.
549         self.all_ctors =
550             self.all_ctors.iter().flat_map(|ctor| ctor.split(pcx, ctors.clone())).collect();
551         self.matrix_ctors = ctors.filter(|c| !c.is_wildcard()).cloned().collect();
552     }
553
554     /// Whether there are any value constructors for this type that are not present in the matrix.
555     fn any_missing(&self, pcx: PatCtxt<'_>) -> bool {
556         self.iter_missing(pcx).next().is_some()
557     }
558
559     /// Iterate over the constructors for this type that are not present in the matrix.
560     pub(super) fn iter_missing<'a>(
561         &'a self,
562         pcx: PatCtxt<'a>,
563     ) -> impl Iterator<Item = &'a Constructor> {
564         self.all_ctors.iter().filter(move |ctor| !ctor.is_covered_by_any(pcx, &self.matrix_ctors))
565     }
566
567     /// Return the set of constructors resulting from splitting the wildcard. As explained at the
568     /// top of the file, if any constructors are missing we can ignore the present ones.
569     fn into_ctors(self, pcx: PatCtxt<'_>) -> SmallVec<[Constructor; 1]> {
570         if self.any_missing(pcx) {
571             // Some constructors are missing, thus we can specialize with the special `Missing`
572             // constructor, which stands for those constructors that are not seen in the matrix,
573             // and matches the same rows as any of them (namely the wildcard rows). See the top of
574             // the file for details.
575             // However, when all constructors are missing we can also specialize with the full
576             // `Wildcard` constructor. The difference will depend on what we want in diagnostics.
577
578             // If some constructors are missing, we typically want to report those constructors,
579             // e.g.:
580             // ```
581             //     enum Direction { N, S, E, W }
582             //     let Direction::N = ...;
583             // ```
584             // we can report 3 witnesses: `S`, `E`, and `W`.
585             //
586             // However, if the user didn't actually specify a constructor
587             // in this arm, e.g., in
588             // ```
589             //     let x: (Direction, Direction, bool) = ...;
590             //     let (_, _, false) = x;
591             // ```
592             // we don't want to show all 16 possible witnesses `(<direction-1>, <direction-2>,
593             // true)` - we are satisfied with `(_, _, true)`. So if all constructors are missing we
594             // prefer to report just a wildcard `_`.
595             //
596             // The exception is: if we are at the top-level, for example in an empty match, we
597             // sometimes prefer reporting the list of constructors instead of just `_`.
598             let report_when_all_missing = pcx.is_top_level && !IntRange::is_integral(pcx.ty);
599             let ctor = if !self.matrix_ctors.is_empty() || report_when_all_missing {
600                 Missing
601             } else {
602                 Wildcard
603             };
604             return smallvec![ctor];
605         }
606
607         // All the constructors are present in the matrix, so we just go through them all.
608         self.all_ctors
609     }
610 }
611
612 /// A value can be decomposed into a constructor applied to some fields. This struct represents
613 /// those fields, generalized to allow patterns in each field. See also `Constructor`.
614 /// This is constructed from a constructor using [`Fields::wildcards()`].
615 ///
616 /// If a private or `non_exhaustive` field is uninhabited, the code mustn't observe that it is
617 /// uninhabited. For that, we filter these fields out of the matrix. This is handled automatically
618 /// in `Fields`. This filtering is uncommon in practice, because uninhabited fields are rarely used,
619 /// so we avoid it when possible to preserve performance.
620 #[derive(Debug, Clone)]
621 pub(super) enum Fields {
622     /// Lists of patterns that don't contain any filtered fields.
623     /// `Slice` and `Vec` behave the same; the difference is only to avoid allocating and
624     /// triple-dereferences when possible. Frankly this is premature optimization, I (Nadrieril)
625     /// have not measured if it really made a difference.
626     Vec(SmallVec<[PatId; 2]>),
627 }
628
629 impl Fields {
630     /// Internal use. Use `Fields::wildcards()` instead.
631     /// Must not be used if the pattern is a field of a struct/tuple/variant.
632     fn from_single_pattern(pat: PatId) -> Self {
633         Fields::Vec(smallvec![pat])
634     }
635
636     /// Convenience; internal use.
637     fn wildcards_from_tys(cx: &MatchCheckCtx<'_>, tys: impl IntoIterator<Item = Ty>) -> Self {
638         let wilds = tys.into_iter().map(Pat::wildcard_from_ty);
639         let pats = wilds.map(|pat| cx.alloc_pat(pat)).collect();
640         Fields::Vec(pats)
641     }
642
643     /// Creates a new list of wildcard fields for a given constructor.
644     pub(crate) fn wildcards(pcx: PatCtxt<'_>, constructor: &Constructor) -> Self {
645         let ty = pcx.ty;
646         let cx = pcx.cx;
647         let wildcard_from_ty = |ty: &Ty| cx.alloc_pat(Pat::wildcard_from_ty(ty.clone()));
648
649         let ret = match constructor {
650             Single | Variant(_) => match ty.kind(&Interner) {
651                 TyKind::Tuple(_, substs) => {
652                     let tys = substs.iter(&Interner).map(|ty| ty.assert_ty_ref(&Interner));
653                     Fields::wildcards_from_tys(cx, tys.cloned())
654                 }
655                 TyKind::Ref(.., rty) => Fields::from_single_pattern(wildcard_from_ty(rty)),
656                 &TyKind::Adt(AdtId(adt), ref substs) => {
657                     if adt_is_box(adt, cx) {
658                         // Use T as the sub pattern type of Box<T>.
659                         let subst_ty = substs.at(&Interner, 0).assert_ty_ref(&Interner);
660                         Fields::from_single_pattern(wildcard_from_ty(subst_ty))
661                     } else {
662                         let variant_id = constructor.variant_id_for_adt(adt);
663                         let adt_is_local =
664                             variant_id.module(cx.db.upcast()).krate() == cx.module.krate();
665                         // Whether we must not match the fields of this variant exhaustively.
666                         let is_non_exhaustive =
667                             is_field_list_non_exhaustive(variant_id, cx) && !adt_is_local;
668
669                         cov_mark::hit!(match_check_wildcard_expanded_to_substitutions);
670                         let field_ty_data = cx.db.field_types(variant_id);
671                         let field_tys = || {
672                             field_ty_data
673                                 .iter()
674                                 .map(|(_, binders)| binders.clone().substitute(&Interner, substs))
675                         };
676
677                         // In the following cases, we don't need to filter out any fields. This is
678                         // the vast majority of real cases, since uninhabited fields are uncommon.
679                         let has_no_hidden_fields = (matches!(adt, hir_def::AdtId::EnumId(_))
680                             && !is_non_exhaustive)
681                             || !field_tys().any(|ty| cx.is_uninhabited(&ty));
682
683                         if has_no_hidden_fields {
684                             Fields::wildcards_from_tys(cx, field_tys())
685                         } else {
686                             //FIXME(iDawer): see MatchCheckCtx::is_uninhabited, has_no_hidden_fields is always true
687                             unimplemented!("exhaustive_patterns feature")
688                         }
689                     }
690                 }
691                 ty_kind => {
692                     never!("Unexpected type for `Single` constructor: {:?}", ty_kind);
693                     Fields::from_single_pattern(wildcard_from_ty(ty))
694                 }
695             },
696             Slice(..) => {
697                 unimplemented!()
698             }
699             Str(..) | FloatRange(..) | IntRange(..) | NonExhaustive | Opaque | Missing
700             | Wildcard => Fields::Vec(Default::default()),
701         };
702         ret
703     }
704
705     /// Apply a constructor to a list of patterns, yielding a new pattern. `self`
706     /// must have as many elements as this constructor's arity.
707     ///
708     /// This is roughly the inverse of `specialize_constructor`.
709     ///
710     /// Examples:
711     /// `ctor`: `Constructor::Single`
712     /// `ty`: `Foo(u32, u32, u32)`
713     /// `self`: `[10, 20, _]`
714     /// returns `Foo(10, 20, _)`
715     ///
716     /// `ctor`: `Constructor::Variant(Option::Some)`
717     /// `ty`: `Option<bool>`
718     /// `self`: `[false]`
719     /// returns `Some(false)`
720     pub(super) fn apply(self, pcx: PatCtxt<'_>, ctor: &Constructor) -> Pat {
721         let subpatterns_and_indices = self.patterns_and_indices();
722         let mut subpatterns =
723             subpatterns_and_indices.iter().map(|&(_, p)| pcx.cx.pattern_arena.borrow()[p].clone());
724         // FIXME(iDawer) witnesses are not yet used
725         const UNHANDLED: PatKind = PatKind::Wild;
726
727         let pat = match ctor {
728             Single | Variant(_) => match pcx.ty.kind(&Interner) {
729                 TyKind::Adt(..) | TyKind::Tuple(..) => {
730                     // We want the real indices here.
731                     let subpatterns = subpatterns_and_indices
732                         .iter()
733                         .map(|&(field, pat)| FieldPat {
734                             field,
735                             pattern: pcx.cx.pattern_arena.borrow()[pat].clone(),
736                         })
737                         .collect();
738
739                     if let Some((hir_def::AdtId::EnumId(_), substs)) = pcx.ty.as_adt() {
740                         let enum_variant = match ctor {
741                             &Variant(id) => id,
742                             _ => unreachable!(),
743                         };
744                         PatKind::Variant { substs: substs.clone(), enum_variant, subpatterns }
745                     } else {
746                         PatKind::Leaf { subpatterns }
747                     }
748                 }
749                 // Note: given the expansion of `&str` patterns done in `expand_pattern`, we should
750                 // be careful to reconstruct the correct constant pattern here. However a string
751                 // literal pattern will never be reported as a non-exhaustiveness witness, so we
752                 // can ignore this issue.
753                 TyKind::Ref(..) => PatKind::Deref { subpattern: subpatterns.next().unwrap() },
754                 TyKind::Slice(..) | TyKind::Array(..) => {
755                     never!("bad slice pattern {:?} {:?}", ctor, pcx.ty);
756                     PatKind::Wild
757                 }
758                 _ => PatKind::Wild,
759             },
760             Constructor::Slice(_) => UNHANDLED,
761             Str(_) => UNHANDLED,
762             FloatRange(..) => UNHANDLED,
763             Constructor::IntRange(_) => UNHANDLED,
764             NonExhaustive => PatKind::Wild,
765             Wildcard => return Pat::wildcard_from_ty(pcx.ty.clone()),
766             Opaque => {
767                 never!("we should not try to apply an opaque constructor");
768                 PatKind::Wild
769             }
770             Missing => {
771                 never!(
772                     "trying to apply the `Missing` constructor; \
773                     this should have been done in `apply_constructors`",
774                 );
775                 PatKind::Wild
776             }
777         };
778
779         Pat { ty: pcx.ty.clone(), kind: Box::new(pat) }
780     }
781
782     /// Returns the number of patterns. This is the same as the arity of the constructor used to
783     /// construct `self`.
784     pub(super) fn len(&self) -> usize {
785         match self {
786             Fields::Vec(pats) => pats.len(),
787         }
788     }
789
790     /// Returns the list of patterns along with the corresponding field indices.
791     fn patterns_and_indices(&self) -> SmallVec<[(LocalFieldId, PatId); 2]> {
792         match self {
793             Fields::Vec(pats) => pats
794                 .iter()
795                 .copied()
796                 .enumerate()
797                 .map(|(i, p)| (LocalFieldId::from_raw((i as u32).into()), p))
798                 .collect(),
799         }
800     }
801
802     pub(super) fn into_patterns(self) -> SmallVec<[PatId; 2]> {
803         match self {
804             Fields::Vec(pats) => pats,
805         }
806     }
807
808     /// Overrides some of the fields with the provided patterns. Exactly like
809     /// `replace_fields_indexed`, except that it takes `FieldPat`s as input.
810     fn replace_with_fieldpats(
811         &self,
812         new_pats: impl IntoIterator<Item = (LocalFieldId, PatId)>,
813     ) -> Self {
814         self.replace_fields_indexed(
815             new_pats.into_iter().map(|(field, pat)| (u32::from(field.into_raw()) as usize, pat)),
816         )
817     }
818
819     /// Overrides some of the fields with the provided patterns. This is used when a pattern
820     /// defines some fields but not all, for example `Foo { field1: Some(_), .. }`: here we start
821     /// with a `Fields` that is just one wildcard per field of the `Foo` struct, and override the
822     /// entry corresponding to `field1` with the pattern `Some(_)`. This is also used for slice
823     /// patterns for the same reason.
824     fn replace_fields_indexed(&self, new_pats: impl IntoIterator<Item = (usize, PatId)>) -> Self {
825         let mut fields = self.clone();
826
827         match &mut fields {
828             Fields::Vec(pats) => {
829                 for (i, pat) in new_pats {
830                     if let Some(p) = pats.get_mut(i) {
831                         *p = pat;
832                     }
833                 }
834             }
835         }
836         fields
837     }
838
839     /// Replaces contained fields with the given list of patterns. There must be `len()` patterns
840     /// in `pats`.
841     pub(super) fn replace_fields(
842         &self,
843         cx: &MatchCheckCtx<'_>,
844         pats: impl IntoIterator<Item = Pat>,
845     ) -> Self {
846         let pats = pats.into_iter().map(|pat| cx.alloc_pat(pat)).collect();
847
848         match self {
849             Fields::Vec(_) => Fields::Vec(pats),
850         }
851     }
852
853     /// Replaces contained fields with the arguments of the given pattern. Only use on a pattern
854     /// that is compatible with the constructor used to build `self`.
855     /// This is meant to be used on the result of `Fields::wildcards()`. The idea is that
856     /// `wildcards` constructs a list of fields where all entries are wildcards, and the pattern
857     /// provided to this function fills some of the fields with non-wildcards.
858     /// In the following example `Fields::wildcards` would return `[_, _, _, _]`. If we call
859     /// `replace_with_pattern_arguments` on it with the pattern, the result will be `[Some(0), _,
860     /// _, _]`.
861     /// ```rust
862     /// let x: [Option<u8>; 4] = foo();
863     /// match x {
864     ///     [Some(0), ..] => {}
865     /// }
866     /// ```
867     /// This is guaranteed to preserve the number of patterns in `self`.
868     pub(super) fn replace_with_pattern_arguments(
869         &self,
870         pat: PatId,
871         cx: &MatchCheckCtx<'_>,
872     ) -> Self {
873         // FIXME(iDawer): Factor out pattern deep cloning. See discussion:
874         // https://github.com/rust-analyzer/rust-analyzer/pull/8717#discussion_r633086640
875         let mut arena = cx.pattern_arena.borrow_mut();
876         match arena[pat].kind.as_ref() {
877             PatKind::Deref { subpattern } => {
878                 assert_eq!(self.len(), 1);
879                 let subpattern = subpattern.clone();
880                 Fields::from_single_pattern(arena.alloc(subpattern))
881             }
882             PatKind::Leaf { subpatterns } | PatKind::Variant { subpatterns, .. } => {
883                 let subpatterns = subpatterns.clone();
884                 let subpatterns = subpatterns
885                     .iter()
886                     .map(|field_pat| (field_pat.field, arena.alloc(field_pat.pattern.clone())));
887                 self.replace_with_fieldpats(subpatterns)
888             }
889
890             PatKind::Wild
891             | PatKind::Binding { .. }
892             | PatKind::LiteralBool { .. }
893             | PatKind::Or { .. } => self.clone(),
894         }
895     }
896 }
897
898 fn is_field_list_non_exhaustive(variant_id: VariantId, cx: &MatchCheckCtx<'_>) -> bool {
899     let attr_def_id = match variant_id {
900         VariantId::EnumVariantId(id) => id.into(),
901         VariantId::StructId(id) => id.into(),
902         VariantId::UnionId(id) => id.into(),
903     };
904     cx.db.attrs(attr_def_id).by_key("non_exhaustive").exists()
905 }
906
907 fn adt_is_box(adt: hir_def::AdtId, cx: &MatchCheckCtx<'_>) -> bool {
908     use hir_def::lang_item::LangItemTarget;
909     match cx.db.lang_item(cx.module.krate(), SmolStr::new_inline("owned_box")) {
910         Some(LangItemTarget::StructId(box_id)) => adt == box_id.into(),
911         _ => false,
912     }
913 }