]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc_mir/hair/pattern/_match.rs
Rollup merge of #59432 - phansch:compiletest_docs, r=alexcrichton
[rust.git] / src / librustc_mir / hair / pattern / _match.rs
1 /// This file includes the logic for exhaustiveness and usefulness checking for
2 /// pattern-matching. Specifically, given a list of patterns for a type, we can
3 /// tell whether:
4 /// (a) the patterns cover every possible constructor for the type [exhaustiveness]
5 /// (b) each pattern is necessary [usefulness]
6 ///
7 /// The algorithm implemented here is a modified version of the one described in:
8 /// http://moscova.inria.fr/~maranget/papers/warn/index.html
9 /// However, to save future implementors from reading the original paper, we
10 /// summarise the algorithm here to hopefully save time and be a little clearer
11 /// (without being so rigorous).
12 ///
13 /// The core of the algorithm revolves about a "usefulness" check. In particular, we
14 /// are trying to compute a predicate `U(P, p_{m + 1})` where `P` is a list of patterns
15 /// of length `m` for a compound (product) type with `n` components (we refer to this as
16 /// a matrix). `U(P, p_{m + 1})` represents whether, given an existing list of patterns
17 /// `p_1 ..= p_m`, adding a new pattern will be "useful" (that is, cover previously-
18 /// uncovered values of the type).
19 ///
20 /// If we have this predicate, then we can easily compute both exhaustiveness of an
21 /// entire set of patterns and the individual usefulness of each one.
22 /// (a) the set of patterns is exhaustive iff `U(P, _)` is false (i.e., adding a wildcard
23 /// match doesn't increase the number of values we're matching)
24 /// (b) a pattern `p_i` is not useful if `U(P[0..=(i-1), p_i)` is false (i.e., adding a
25 /// pattern to those that have come before it doesn't increase the number of values
26 /// we're matching).
27 ///
28 /// For example, say we have the following:
29 /// ```
30 ///     // x: (Option<bool>, Result<()>)
31 ///     match x {
32 ///         (Some(true), _) => {}
33 ///         (None, Err(())) => {}
34 ///         (None, Err(_)) => {}
35 ///     }
36 /// ```
37 /// Here, the matrix `P` is 3 x 2 (rows x columns).
38 /// [
39 ///     [Some(true), _],
40 ///     [None, Err(())],
41 ///     [None, Err(_)],
42 /// ]
43 /// We can tell it's not exhaustive, because `U(P, _)` is true (we're not covering
44 /// `[Some(false), _]`, for instance). In addition, row 3 is not useful, because
45 /// all the values it covers are already covered by row 2.
46 ///
47 /// To compute `U`, we must have two other concepts.
48 ///     1. `S(c, P)` is a "specialized matrix", where `c` is a constructor (like `Some` or
49 ///        `None`). You can think of it as filtering `P` to just the rows whose *first* pattern
50 ///        can cover `c` (and expanding OR-patterns into distinct patterns), and then expanding
51 ///        the constructor into all of its components.
52 ///        The specialization of a row vector is computed by `specialize`.
53 ///
54 ///        It is computed as follows. For each row `p_i` of P, we have four cases:
55 ///             1.1. `p_(i,1) = c(r_1, .., r_a)`. Then `S(c, P)` has a corresponding row:
56 ///                     r_1, .., r_a, p_(i,2), .., p_(i,n)
57 ///             1.2. `p_(i,1) = c'(r_1, .., r_a')` where `c ≠ c'`. Then `S(c, P)` has no
58 ///                  corresponding row.
59 ///             1.3. `p_(i,1) = _`. Then `S(c, P)` has a corresponding row:
60 ///                     _, .., _, p_(i,2), .., p_(i,n)
61 ///             1.4. `p_(i,1) = r_1 | r_2`. Then `S(c, P)` has corresponding rows inlined from:
62 ///                     S(c, (r_1, p_(i,2), .., p_(i,n)))
63 ///                     S(c, (r_2, p_(i,2), .., p_(i,n)))
64 ///
65 ///     2. `D(P)` is a "default matrix". This is used when we know there are missing
66 ///        constructor cases, but there might be existing wildcard patterns, so to check the
67 ///        usefulness of the matrix, we have to check all its *other* components.
68 ///        The default matrix is computed inline in `is_useful`.
69 ///
70 ///         It is computed as follows. For each row `p_i` of P, we have three cases:
71 ///             1.1. `p_(i,1) = c(r_1, .., r_a)`. Then `D(P)` has no corresponding row.
72 ///             1.2. `p_(i,1) = _`. Then `D(P)` has a corresponding row:
73 ///                     p_(i,2), .., p_(i,n)
74 ///             1.3. `p_(i,1) = r_1 | r_2`. Then `D(P)` has corresponding rows inlined from:
75 ///                     D((r_1, p_(i,2), .., p_(i,n)))
76 ///                     D((r_2, p_(i,2), .., p_(i,n)))
77 ///
78 ///     Note that the OR-patterns are not always used directly in Rust, but are used to derive
79 ///     the exhaustive integer matching rules, so they're written here for posterity.
80 ///
81 /// The algorithm for computing `U`
82 /// -------------------------------
83 /// The algorithm is inductive (on the number of columns: i.e., components of tuple patterns).
84 /// That means we're going to check the components from left-to-right, so the algorithm
85 /// operates principally on the first component of the matrix and new pattern `p_{m + 1}`.
86 /// This algorithm is realised in the `is_useful` function.
87 ///
88 /// Base case. (`n = 0`, i.e., an empty tuple pattern)
89 ///     - If `P` already contains an empty pattern (i.e., if the number of patterns `m > 0`),
90 ///       then `U(P, p_{m + 1})` is false.
91 ///     - Otherwise, `P` must be empty, so `U(P, p_{m + 1})` is true.
92 ///
93 /// Inductive step. (`n > 0`, i.e., whether there's at least one column
94 ///                  [which may then be expanded into further columns later])
95 ///     We're going to match on the new pattern, `p_{m + 1}`.
96 ///         - If `p_{m + 1} == c(r_1, .., r_a)`, then we have a constructor pattern.
97 ///           Thus, the usefulness of `p_{m + 1}` can be reduced to whether it is useful when
98 ///           we ignore all the patterns in `P` that involve other constructors. This is where
99 ///           `S(c, P)` comes in:
100 ///           `U(P, p_{m + 1}) := U(S(c, P), S(c, p_{m + 1}))`
101 ///           This special case is handled in `is_useful_specialized`.
102 ///         - If `p_{m + 1} == _`, then we have two more cases:
103 ///             + All the constructors of the first component of the type exist within
104 ///               all the rows (after having expanded OR-patterns). In this case:
105 ///               `U(P, p_{m + 1}) := ∨(k ϵ constructors) U(S(k, P), S(k, p_{m + 1}))`
106 ///               I.e., the pattern `p_{m + 1}` is only useful when all the constructors are
107 ///               present *if* its later components are useful for the respective constructors
108 ///               covered by `p_{m + 1}` (usually a single constructor, but all in the case of `_`).
109 ///             + Some constructors are not present in the existing rows (after having expanded
110 ///               OR-patterns). However, there might be wildcard patterns (`_`) present. Thus, we
111 ///               are only really concerned with the other patterns leading with wildcards. This is
112 ///               where `D` comes in:
113 ///               `U(P, p_{m + 1}) := U(D(P), p_({m + 1},2), ..,  p_({m + 1},n))`
114 ///         - If `p_{m + 1} == r_1 | r_2`, then the usefulness depends on each separately:
115 ///           `U(P, p_{m + 1}) := U(P, (r_1, p_({m + 1},2), .., p_({m + 1},n)))
116 ///                            || U(P, (r_2, p_({m + 1},2), .., p_({m + 1},n)))`
117 ///
118 /// Modifications to the algorithm
119 /// ------------------------------
120 /// The algorithm in the paper doesn't cover some of the special cases that arise in Rust, for
121 /// example uninhabited types and variable-length slice patterns. These are drawn attention to
122 /// throughout the code below. I'll make a quick note here about how exhaustive integer matching
123 /// is accounted for, though.
124 ///
125 /// Exhaustive integer matching
126 /// ---------------------------
127 /// An integer type can be thought of as a (huge) sum type: 1 | 2 | 3 | ...
128 /// So to support exhaustive integer matching, we can make use of the logic in the paper for
129 /// OR-patterns. However, we obviously can't just treat ranges x..=y as individual sums, because
130 /// they are likely gigantic. So we instead treat ranges as constructors of the integers. This means
131 /// that we have a constructor *of* constructors (the integers themselves). We then need to work
132 /// through all the inductive step rules above, deriving how the ranges would be treated as
133 /// OR-patterns, and making sure that they're treated in the same way even when they're ranges.
134 /// There are really only four special cases here:
135 /// - When we match on a constructor that's actually a range, we have to treat it as if we would
136 ///   an OR-pattern.
137 ///     + It turns out that we can simply extend the case for single-value patterns in
138 ///      `specialize` to either be *equal* to a value constructor, or *contained within* a range
139 ///      constructor.
140 ///     + When the pattern itself is a range, you just want to tell whether any of the values in
141 ///       the pattern range coincide with values in the constructor range, which is precisely
142 ///       intersection.
143 ///   Since when encountering a range pattern for a value constructor, we also use inclusion, it
144 ///   means that whenever the constructor is a value/range and the pattern is also a value/range,
145 ///   we can simply use intersection to test usefulness.
146 /// - When we're testing for usefulness of a pattern and the pattern's first component is a
147 ///   wildcard.
148 ///     + If all the constructors appear in the matrix, we have a slight complication. By default,
149 ///       the behaviour (i.e., a disjunction over specialised matrices for each constructor) is
150 ///       invalid, because we want a disjunction over every *integer* in each range, not just a
151 ///       disjunction over every range. This is a bit more tricky to deal with: essentially we need
152 ///       to form equivalence classes of subranges of the constructor range for which the behaviour
153 ///       of the matrix `P` and new pattern `p_{m + 1}` are the same. This is described in more
154 ///       detail in `split_grouped_constructors`.
155 ///     + If some constructors are missing from the matrix, it turns out we don't need to do
156 ///       anything special (because we know none of the integers are actually wildcards: i.e., we
157 ///       can't span wildcards using ranges).
158
159 use self::Constructor::*;
160 use self::Usefulness::*;
161 use self::WitnessPreference::*;
162
163 use rustc_data_structures::fx::FxHashMap;
164 use rustc_data_structures::indexed_vec::Idx;
165
166 use super::{FieldPattern, Pattern, PatternKind, PatternRange};
167 use super::{PatternFoldable, PatternFolder, compare_const_vals};
168
169 use rustc::hir::def_id::DefId;
170 use rustc::hir::RangeEnd;
171 use rustc::ty::{self, Ty, TyCtxt, TypeFoldable, Const};
172 use rustc::ty::layout::{Integer, IntegerExt, VariantIdx, Size};
173
174 use rustc::mir::Field;
175 use rustc::mir::interpret::{ConstValue, Scalar, truncate};
176 use rustc::util::common::ErrorReported;
177
178 use syntax::attr::{SignedInt, UnsignedInt};
179 use syntax_pos::{Span, DUMMY_SP};
180
181 use arena::TypedArena;
182
183 use smallvec::{SmallVec, smallvec};
184 use std::cmp::{self, Ordering, min, max};
185 use std::fmt;
186 use std::iter::{FromIterator, IntoIterator};
187 use std::ops::RangeInclusive;
188 use std::u128;
189
190 pub fn expand_pattern<'a, 'tcx>(cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>, pat: Pattern<'tcx>)
191                                 -> &'a Pattern<'tcx>
192 {
193     cx.pattern_arena.alloc(LiteralExpander { tcx: cx.tcx }.fold_pattern(&pat))
194 }
195
196 struct LiteralExpander<'a, 'tcx> {
197     tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>
198 }
199
200 impl<'a, 'tcx> LiteralExpander<'a, 'tcx> {
201     /// Derefs `val` and potentially unsizes the value if `crty` is an array and `rty` a slice.
202     ///
203     /// `crty` and `rty` can differ because you can use array constants in the presence of slice
204     /// patterns. So the pattern may end up being a slice, but the constant is an array. We convert
205     /// the array to a slice in that case.
206     fn fold_const_value_deref(
207         &mut self,
208         val: ConstValue<'tcx>,
209         // the pattern's pointee type
210         rty: Ty<'tcx>,
211         // the constant's pointee type
212         crty: Ty<'tcx>,
213     ) -> ConstValue<'tcx> {
214         match (val, &crty.sty, &rty.sty) {
215             // the easy case, deref a reference
216             (ConstValue::Scalar(Scalar::Ptr(p)), x, y) if x == y => ConstValue::ByRef(
217                 p,
218                 self.tcx.alloc_map.lock().unwrap_memory(p.alloc_id),
219             ),
220             // unsize array to slice if pattern is array but match value or other patterns are slice
221             (ConstValue::Scalar(Scalar::Ptr(p)), ty::Array(t, n), ty::Slice(u)) => {
222                 assert_eq!(t, u);
223                 ConstValue::Slice(
224                     Scalar::Ptr(p),
225                     n.val.try_to_scalar()
226                         .unwrap()
227                         .to_usize(&self.tcx)
228                         .unwrap(),
229                 )
230             },
231             // fat pointers stay the same
232             (ConstValue::Slice(..), _, _) => val,
233             // FIXME(oli-obk): this is reachable for `const FOO: &&&u32 = &&&42;` being used
234             _ => bug!("cannot deref {:#?}, {} -> {}", val, crty, rty),
235         }
236     }
237 }
238
239 impl<'a, 'tcx> PatternFolder<'tcx> for LiteralExpander<'a, 'tcx> {
240     fn fold_pattern(&mut self, pat: &Pattern<'tcx>) -> Pattern<'tcx> {
241         match (&pat.ty.sty, &*pat.kind) {
242             (
243                 &ty::Ref(_, rty, _),
244                 &PatternKind::Constant { value: Const {
245                     val,
246                     ty: ty::TyS { sty: ty::Ref(_, crty, _), .. },
247                 } },
248             ) => {
249                 Pattern {
250                     ty: pat.ty,
251                     span: pat.span,
252                     kind: box PatternKind::Deref {
253                         subpattern: Pattern {
254                             ty: rty,
255                             span: pat.span,
256                             kind: box PatternKind::Constant { value: Const {
257                                 val: self.fold_const_value_deref(val, rty, crty),
258                                 ty: rty,
259                             } },
260                         }
261                     }
262                 }
263             }
264             (_, &PatternKind::Binding { subpattern: Some(ref s), .. }) => {
265                 s.fold_with(self)
266             }
267             _ => pat.super_fold_with(self)
268         }
269     }
270 }
271
272 impl<'tcx> Pattern<'tcx> {
273     fn is_wildcard(&self) -> bool {
274         match *self.kind {
275             PatternKind::Binding { subpattern: None, .. } | PatternKind::Wild =>
276                 true,
277             _ => false
278         }
279     }
280 }
281
282 /// A 2D matrix. Nx1 matrices are very common, which is why `SmallVec[_; 2]`
283 /// works well for each row.
284 pub struct Matrix<'p, 'tcx: 'p>(Vec<SmallVec<[&'p Pattern<'tcx>; 2]>>);
285
286 impl<'p, 'tcx> Matrix<'p, 'tcx> {
287     pub fn empty() -> Self {
288         Matrix(vec![])
289     }
290
291     pub fn push(&mut self, row: SmallVec<[&'p Pattern<'tcx>; 2]>) {
292         self.0.push(row)
293     }
294 }
295
296 /// Pretty-printer for matrices of patterns, example:
297 /// ++++++++++++++++++++++++++
298 /// + _     + []             +
299 /// ++++++++++++++++++++++++++
300 /// + true  + [First]        +
301 /// ++++++++++++++++++++++++++
302 /// + true  + [Second(true)] +
303 /// ++++++++++++++++++++++++++
304 /// + false + [_]            +
305 /// ++++++++++++++++++++++++++
306 /// + _     + [_, _, ..tail] +
307 /// ++++++++++++++++++++++++++
308 impl<'p, 'tcx> fmt::Debug for Matrix<'p, 'tcx> {
309     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
310         write!(f, "\n")?;
311
312         let &Matrix(ref m) = self;
313         let pretty_printed_matrix: Vec<Vec<String>> = m.iter().map(|row| {
314             row.iter().map(|pat| format!("{:?}", pat)).collect()
315         }).collect();
316
317         let column_count = m.iter().map(|row| row.len()).max().unwrap_or(0);
318         assert!(m.iter().all(|row| row.len() == column_count));
319         let column_widths: Vec<usize> = (0..column_count).map(|col| {
320             pretty_printed_matrix.iter().map(|row| row[col].len()).max().unwrap_or(0)
321         }).collect();
322
323         let total_width = column_widths.iter().cloned().sum::<usize>() + column_count * 3 + 1;
324         let br = "+".repeat(total_width);
325         write!(f, "{}\n", br)?;
326         for row in pretty_printed_matrix {
327             write!(f, "+")?;
328             for (column, pat_str) in row.into_iter().enumerate() {
329                 write!(f, " ")?;
330                 write!(f, "{:1$}", pat_str, column_widths[column])?;
331                 write!(f, " +")?;
332             }
333             write!(f, "\n")?;
334             write!(f, "{}\n", br)?;
335         }
336         Ok(())
337     }
338 }
339
340 impl<'p, 'tcx> FromIterator<SmallVec<[&'p Pattern<'tcx>; 2]>> for Matrix<'p, 'tcx> {
341     fn from_iter<T>(iter: T) -> Self
342         where T: IntoIterator<Item=SmallVec<[&'p Pattern<'tcx>; 2]>>
343     {
344         Matrix(iter.into_iter().collect())
345     }
346 }
347
348 pub struct MatchCheckCtxt<'a, 'tcx: 'a> {
349     pub tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
350     /// The module in which the match occurs. This is necessary for
351     /// checking inhabited-ness of types because whether a type is (visibly)
352     /// inhabited can depend on whether it was defined in the current module or
353     /// not. E.g., `struct Foo { _private: ! }` cannot be seen to be empty
354     /// outside it's module and should not be matchable with an empty match
355     /// statement.
356     pub module: DefId,
357     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
358     pub pattern_arena: &'a TypedArena<Pattern<'tcx>>,
359     pub byte_array_map: FxHashMap<*const Pattern<'tcx>, Vec<&'a Pattern<'tcx>>>,
360 }
361
362 impl<'a, 'tcx> MatchCheckCtxt<'a, 'tcx> {
363     pub fn create_and_enter<F, R>(
364         tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
365         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
366         module: DefId,
367         f: F) -> R
368         where F: for<'b> FnOnce(MatchCheckCtxt<'b, 'tcx>) -> R
369     {
370         let pattern_arena = TypedArena::default();
371
372         f(MatchCheckCtxt {
373             tcx,
374             param_env,
375             module,
376             pattern_arena: &pattern_arena,
377             byte_array_map: FxHashMap::default(),
378         })
379     }
380
381     fn is_uninhabited(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
382         if self.tcx.features().exhaustive_patterns {
383             self.tcx.is_ty_uninhabited_from(self.module, ty)
384         } else {
385             false
386         }
387     }
388
389     fn is_non_exhaustive_enum(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
390         match ty.sty {
391             ty::Adt(adt_def, ..) => adt_def.is_variant_list_non_exhaustive(),
392             _ => false,
393         }
394     }
395
396     fn is_local(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
397         match ty.sty {
398             ty::Adt(adt_def, ..) => adt_def.did.is_local(),
399             _ => false,
400         }
401     }
402 }
403
404 #[derive(Clone, Debug, PartialEq)]
405 enum Constructor<'tcx> {
406     /// The constructor of all patterns that don't vary by constructor,
407     /// e.g., struct patterns and fixed-length arrays.
408     Single,
409     /// Enum variants.
410     Variant(DefId),
411     /// Literal values.
412     ConstantValue(ty::Const<'tcx>),
413     /// Ranges of literal values (`2...5` and `2..5`).
414     ConstantRange(u128, u128, Ty<'tcx>, RangeEnd),
415     /// Array patterns of length n.
416     Slice(u64),
417 }
418
419 impl<'tcx> Constructor<'tcx> {
420     fn variant_index_for_adt<'a>(
421         &self,
422         cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
423         adt: &'tcx ty::AdtDef,
424     ) -> VariantIdx {
425         match self {
426             &Variant(id) => adt.variant_index_with_id(id),
427             &Single => {
428                 assert!(!adt.is_enum());
429                 VariantIdx::new(0)
430             }
431             &ConstantValue(c) => crate::const_eval::const_variant_index(cx.tcx, cx.param_env, c),
432             _ => bug!("bad constructor {:?} for adt {:?}", self, adt)
433         }
434     }
435 }
436
437 #[derive(Clone, Debug)]
438 pub enum Usefulness<'tcx> {
439     Useful,
440     UsefulWithWitness(Vec<Witness<'tcx>>),
441     NotUseful
442 }
443
444 impl<'tcx> Usefulness<'tcx> {
445     fn is_useful(&self) -> bool {
446         match *self {
447             NotUseful => false,
448             _ => true
449         }
450     }
451 }
452
453 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
454 pub enum WitnessPreference {
455     ConstructWitness,
456     LeaveOutWitness
457 }
458
459 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
460 struct PatternContext<'tcx> {
461     ty: Ty<'tcx>,
462     max_slice_length: u64,
463 }
464
465 /// A witness of non-exhaustiveness for error reporting, represented
466 /// as a list of patterns (in reverse order of construction) with
467 /// wildcards inside to represent elements that can take any inhabitant
468 /// of the type as a value.
469 ///
470 /// A witness against a list of patterns should have the same types
471 /// and length as the pattern matched against. Because Rust `match`
472 /// is always against a single pattern, at the end the witness will
473 /// have length 1, but in the middle of the algorithm, it can contain
474 /// multiple patterns.
475 ///
476 /// For example, if we are constructing a witness for the match against
477 /// ```
478 /// struct Pair(Option<(u32, u32)>, bool);
479 ///
480 /// match (p: Pair) {
481 ///    Pair(None, _) => {}
482 ///    Pair(_, false) => {}
483 /// }
484 /// ```
485 ///
486 /// We'll perform the following steps:
487 /// 1. Start with an empty witness
488 ///     `Witness(vec![])`
489 /// 2. Push a witness `Some(_)` against the `None`
490 ///     `Witness(vec![Some(_)])`
491 /// 3. Push a witness `true` against the `false`
492 ///     `Witness(vec![Some(_), true])`
493 /// 4. Apply the `Pair` constructor to the witnesses
494 ///     `Witness(vec![Pair(Some(_), true)])`
495 ///
496 /// The final `Pair(Some(_), true)` is then the resulting witness.
497 #[derive(Clone, Debug)]
498 pub struct Witness<'tcx>(Vec<Pattern<'tcx>>);
499
500 impl<'tcx> Witness<'tcx> {
501     pub fn single_pattern(&self) -> &Pattern<'tcx> {
502         assert_eq!(self.0.len(), 1);
503         &self.0[0]
504     }
505
506     fn push_wild_constructor<'a>(
507         mut self,
508         cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
509         ctor: &Constructor<'tcx>,
510         ty: Ty<'tcx>)
511         -> Self
512     {
513         let sub_pattern_tys = constructor_sub_pattern_tys(cx, ctor, ty);
514         self.0.extend(sub_pattern_tys.into_iter().map(|ty| {
515             Pattern {
516                 ty,
517                 span: DUMMY_SP,
518                 kind: box PatternKind::Wild,
519             }
520         }));
521         self.apply_constructor(cx, ctor, ty)
522     }
523
524     /// Constructs a partial witness for a pattern given a list of
525     /// patterns expanded by the specialization step.
526     ///
527     /// When a pattern P is discovered to be useful, this function is used bottom-up
528     /// to reconstruct a complete witness, e.g., a pattern P' that covers a subset
529     /// of values, V, where each value in that set is not covered by any previously
530     /// used patterns and is covered by the pattern P'. Examples:
531     ///
532     /// left_ty: tuple of 3 elements
533     /// pats: [10, 20, _]           => (10, 20, _)
534     ///
535     /// left_ty: struct X { a: (bool, &'static str), b: usize}
536     /// pats: [(false, "foo"), 42]  => X { a: (false, "foo"), b: 42 }
537     fn apply_constructor<'a>(
538         mut self,
539         cx: &MatchCheckCtxt<'a,'tcx>,
540         ctor: &Constructor<'tcx>,
541         ty: Ty<'tcx>)
542         -> Self
543     {
544         let arity = constructor_arity(cx, ctor, ty);
545         let pat = {
546             let len = self.0.len() as u64;
547             let mut pats = self.0.drain((len - arity) as usize..).rev();
548
549             match ty.sty {
550                 ty::Adt(..) |
551                 ty::Tuple(..) => {
552                     let pats = pats.enumerate().map(|(i, p)| {
553                         FieldPattern {
554                             field: Field::new(i),
555                             pattern: p
556                         }
557                     }).collect();
558
559                     if let ty::Adt(adt, substs) = ty.sty {
560                         if adt.is_enum() {
561                             PatternKind::Variant {
562                                 adt_def: adt,
563                                 substs,
564                                 variant_index: ctor.variant_index_for_adt(cx, adt),
565                                 subpatterns: pats
566                             }
567                         } else {
568                             PatternKind::Leaf { subpatterns: pats }
569                         }
570                     } else {
571                         PatternKind::Leaf { subpatterns: pats }
572                     }
573                 }
574
575                 ty::Ref(..) => {
576                     PatternKind::Deref { subpattern: pats.nth(0).unwrap() }
577                 }
578
579                 ty::Slice(_) | ty::Array(..) => {
580                     PatternKind::Slice {
581                         prefix: pats.collect(),
582                         slice: None,
583                         suffix: vec![]
584                     }
585                 }
586
587                 _ => {
588                     match *ctor {
589                         ConstantValue(value) => PatternKind::Constant { value },
590                         ConstantRange(lo, hi, ty, end) => PatternKind::Range(PatternRange {
591                             lo: ty::Const::from_bits(cx.tcx, lo, ty::ParamEnv::empty().and(ty)),
592                             hi: ty::Const::from_bits(cx.tcx, hi, ty::ParamEnv::empty().and(ty)),
593                             ty,
594                             end,
595                         }),
596                         _ => PatternKind::Wild,
597                     }
598                 }
599             }
600         };
601
602         self.0.push(Pattern {
603             ty,
604             span: DUMMY_SP,
605             kind: Box::new(pat),
606         });
607
608         self
609     }
610 }
611
612 /// This determines the set of all possible constructors of a pattern matching
613 /// values of type `left_ty`. For vectors, this would normally be an infinite set
614 /// but is instead bounded by the maximum fixed length of slice patterns in
615 /// the column of patterns being analyzed.
616 ///
617 /// We make sure to omit constructors that are statically impossible. E.g., for
618 /// `Option<!>`, we do not include `Some(_)` in the returned list of constructors.
619 fn all_constructors<'a, 'tcx: 'a>(cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
620                                   pcx: PatternContext<'tcx>)
621                                   -> Vec<Constructor<'tcx>>
622 {
623     debug!("all_constructors({:?})", pcx.ty);
624     let ctors = match pcx.ty.sty {
625         ty::Bool => {
626             [true, false].iter().map(|&b| {
627                 ConstantValue(ty::Const::from_bool(cx.tcx, b))
628             }).collect()
629         }
630         ty::Array(ref sub_ty, len) if len.assert_usize(cx.tcx).is_some() => {
631             let len = len.unwrap_usize(cx.tcx);
632             if len != 0 && cx.is_uninhabited(sub_ty) {
633                 vec![]
634             } else {
635                 vec![Slice(len)]
636             }
637         }
638         // Treat arrays of a constant but unknown length like slices.
639         ty::Array(ref sub_ty, _) |
640         ty::Slice(ref sub_ty) => {
641             if cx.is_uninhabited(sub_ty) {
642                 vec![Slice(0)]
643             } else {
644                 (0..pcx.max_slice_length+1).map(|length| Slice(length)).collect()
645             }
646         }
647         ty::Adt(def, substs) if def.is_enum() => {
648             def.variants.iter()
649                 .filter(|v| {
650                     !cx.tcx.features().exhaustive_patterns ||
651                     !v.uninhabited_from(cx.tcx, substs, def.adt_kind()).contains(cx.tcx, cx.module)
652                 })
653                 .map(|v| Variant(v.def_id))
654                 .collect()
655         }
656         ty::Char => {
657             vec![
658                 // The valid Unicode Scalar Value ranges.
659                 ConstantRange('\u{0000}' as u128,
660                               '\u{D7FF}' as u128,
661                               cx.tcx.types.char,
662                               RangeEnd::Included
663                 ),
664                 ConstantRange('\u{E000}' as u128,
665                               '\u{10FFFF}' as u128,
666                               cx.tcx.types.char,
667                               RangeEnd::Included
668                 ),
669             ]
670         }
671         ty::Int(ity) => {
672             let bits = Integer::from_attr(&cx.tcx, SignedInt(ity)).size().bits() as u128;
673             let min = 1u128 << (bits - 1);
674             let max = min - 1;
675             vec![ConstantRange(min, max, pcx.ty, RangeEnd::Included)]
676         }
677         ty::Uint(uty) => {
678             let size = Integer::from_attr(&cx.tcx, UnsignedInt(uty)).size();
679             let max = truncate(u128::max_value(), size);
680             vec![ConstantRange(0, max, pcx.ty, RangeEnd::Included)]
681         }
682         _ => {
683             if cx.is_uninhabited(pcx.ty) {
684                 vec![]
685             } else {
686                 vec![Single]
687             }
688         }
689     };
690     ctors
691 }
692
693 fn max_slice_length<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a, I>(
694     cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
695     patterns: I) -> u64
696     where I: Iterator<Item=&'p Pattern<'tcx>>
697 {
698     // The exhaustiveness-checking paper does not include any details on
699     // checking variable-length slice patterns. However, they are matched
700     // by an infinite collection of fixed-length array patterns.
701     //
702     // Checking the infinite set directly would take an infinite amount
703     // of time. However, it turns out that for each finite set of
704     // patterns `P`, all sufficiently large array lengths are equivalent:
705     //
706     // Each slice `s` with a "sufficiently-large" length `l ≥ L` that applies
707     // to exactly the subset `Pₜ` of `P` can be transformed to a slice
708     // `sₘ` for each sufficiently-large length `m` that applies to exactly
709     // the same subset of `P`.
710     //
711     // Because of that, each witness for reachability-checking from one
712     // of the sufficiently-large lengths can be transformed to an
713     // equally-valid witness from any other length, so we only have
714     // to check slice lengths from the "minimal sufficiently-large length"
715     // and below.
716     //
717     // Note that the fact that there is a *single* `sₘ` for each `m`
718     // not depending on the specific pattern in `P` is important: if
719     // you look at the pair of patterns
720     //     `[true, ..]`
721     //     `[.., false]`
722     // Then any slice of length ≥1 that matches one of these two
723     // patterns can be trivially turned to a slice of any
724     // other length ≥1 that matches them and vice-versa - for
725     // but the slice from length 2 `[false, true]` that matches neither
726     // of these patterns can't be turned to a slice from length 1 that
727     // matches neither of these patterns, so we have to consider
728     // slices from length 2 there.
729     //
730     // Now, to see that that length exists and find it, observe that slice
731     // patterns are either "fixed-length" patterns (`[_, _, _]`) or
732     // "variable-length" patterns (`[_, .., _]`).
733     //
734     // For fixed-length patterns, all slices with lengths *longer* than
735     // the pattern's length have the same outcome (of not matching), so
736     // as long as `L` is greater than the pattern's length we can pick
737     // any `sₘ` from that length and get the same result.
738     //
739     // For variable-length patterns, the situation is more complicated,
740     // because as seen above the precise value of `sₘ` matters.
741     //
742     // However, for each variable-length pattern `p` with a prefix of length
743     // `plₚ` and suffix of length `slₚ`, only the first `plₚ` and the last
744     // `slₚ` elements are examined.
745     //
746     // Therefore, as long as `L` is positive (to avoid concerns about empty
747     // types), all elements after the maximum prefix length and before
748     // the maximum suffix length are not examined by any variable-length
749     // pattern, and therefore can be added/removed without affecting
750     // them - creating equivalent patterns from any sufficiently-large
751     // length.
752     //
753     // Of course, if fixed-length patterns exist, we must be sure
754     // that our length is large enough to miss them all, so
755     // we can pick `L = max(FIXED_LEN+1 ∪ {max(PREFIX_LEN) + max(SUFFIX_LEN)})`
756     //
757     // for example, with the above pair of patterns, all elements
758     // but the first and last can be added/removed, so any
759     // witness of length ≥2 (say, `[false, false, true]`) can be
760     // turned to a witness from any other length ≥2.
761
762     let mut max_prefix_len = 0;
763     let mut max_suffix_len = 0;
764     let mut max_fixed_len = 0;
765
766     for row in patterns {
767         match *row.kind {
768             PatternKind::Constant { value } => {
769                 // extract the length of an array/slice from a constant
770                 match (value.val, &value.ty.sty) {
771                     (_, ty::Array(_, n)) => max_fixed_len = cmp::max(
772                         max_fixed_len,
773                         n.unwrap_usize(cx.tcx),
774                     ),
775                     (ConstValue::Slice(_, n), ty::Slice(_)) => max_fixed_len = cmp::max(
776                         max_fixed_len,
777                         n,
778                     ),
779                     _ => {},
780                 }
781             }
782             PatternKind::Slice { ref prefix, slice: None, ref suffix } => {
783                 let fixed_len = prefix.len() as u64 + suffix.len() as u64;
784                 max_fixed_len = cmp::max(max_fixed_len, fixed_len);
785             }
786             PatternKind::Slice { ref prefix, slice: Some(_), ref suffix } => {
787                 max_prefix_len = cmp::max(max_prefix_len, prefix.len() as u64);
788                 max_suffix_len = cmp::max(max_suffix_len, suffix.len() as u64);
789             }
790             _ => {}
791         }
792     }
793
794     cmp::max(max_fixed_len + 1, max_prefix_len + max_suffix_len)
795 }
796
797 /// An inclusive interval, used for precise integer exhaustiveness checking.
798 /// `IntRange`s always store a contiguous range. This means that values are
799 /// encoded such that `0` encodes the minimum value for the integer,
800 /// regardless of the signedness.
801 /// For example, the pattern `-128...127i8` is encoded as `0..=255`.
802 /// This makes comparisons and arithmetic on interval endpoints much more
803 /// straightforward. See `signed_bias` for details.
804 ///
805 /// `IntRange` is never used to encode an empty range or a "range" that wraps
806 /// around the (offset) space: i.e., `range.lo <= range.hi`.
807 #[derive(Clone)]
808 struct IntRange<'tcx> {
809     pub range: RangeInclusive<u128>,
810     pub ty: Ty<'tcx>,
811 }
812
813 impl<'tcx> IntRange<'tcx> {
814     fn from_ctor(tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>,
815                  ctor: &Constructor<'tcx>)
816                  -> Option<IntRange<'tcx>> {
817         // Floating-point ranges are permitted and we don't want
818         // to consider them when constructing integer ranges.
819         fn is_integral<'tcx>(ty: Ty<'tcx>) -> bool {
820             match ty.sty {
821                 ty::Char | ty::Int(_) | ty::Uint(_) => true,
822                 _ => false,
823             }
824         }
825
826         match ctor {
827             ConstantRange(lo, hi, ty, end) if is_integral(ty) => {
828                 // Perform a shift if the underlying types are signed,
829                 // which makes the interval arithmetic simpler.
830                 let bias = IntRange::signed_bias(tcx, ty);
831                 let (lo, hi) = (lo ^ bias, hi ^ bias);
832                 // Make sure the interval is well-formed.
833                 if lo > hi || lo == hi && *end == RangeEnd::Excluded {
834                     None
835                 } else {
836                     let offset = (*end == RangeEnd::Excluded) as u128;
837                     Some(IntRange { range: lo..=(hi - offset), ty })
838                 }
839             }
840             ConstantValue(val) if is_integral(val.ty) => {
841                 let ty = val.ty;
842                 if let Some(val) = val.assert_bits(tcx, ty::ParamEnv::empty().and(ty)) {
843                     let bias = IntRange::signed_bias(tcx, ty);
844                     let val = val ^ bias;
845                     Some(IntRange { range: val..=val, ty })
846                 } else {
847                     None
848                 }
849             }
850             _ => None,
851         }
852     }
853
854     fn from_pat(tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>,
855                 mut pat: &Pattern<'tcx>)
856                 -> Option<IntRange<'tcx>> {
857         let range = loop {
858             match pat.kind {
859                 box PatternKind::Constant { value } => break ConstantValue(value),
860                 box PatternKind::Range(PatternRange { lo, hi, ty, end }) => break ConstantRange(
861                     lo.to_bits(tcx, ty::ParamEnv::empty().and(ty)).unwrap(),
862                     hi.to_bits(tcx, ty::ParamEnv::empty().and(ty)).unwrap(),
863                     ty,
864                     end,
865                 ),
866                 box PatternKind::AscribeUserType { ref subpattern, .. } => {
867                     pat = subpattern;
868                 },
869                 _ => return None,
870             }
871         };
872         Self::from_ctor(tcx, &range)
873     }
874
875     // The return value of `signed_bias` should be XORed with an endpoint to encode/decode it.
876     fn signed_bias(tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> u128 {
877         match ty.sty {
878             ty::Int(ity) => {
879                 let bits = Integer::from_attr(&tcx, SignedInt(ity)).size().bits() as u128;
880                 1u128 << (bits - 1)
881             }
882             _ => 0
883         }
884     }
885
886     /// Converts a `RangeInclusive` to a `ConstantValue` or inclusive `ConstantRange`.
887     fn range_to_ctor(
888         tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>,
889         ty: Ty<'tcx>,
890         r: RangeInclusive<u128>,
891     ) -> Constructor<'tcx> {
892         let bias = IntRange::signed_bias(tcx, ty);
893         let (lo, hi) = r.into_inner();
894         if lo == hi {
895             let ty = ty::ParamEnv::empty().and(ty);
896             ConstantValue(ty::Const::from_bits(tcx, lo ^ bias, ty))
897         } else {
898             ConstantRange(lo ^ bias, hi ^ bias, ty, RangeEnd::Included)
899         }
900     }
901
902     /// Returns a collection of ranges that spans the values covered by `ranges`, subtracted
903     /// by the values covered by `self`: i.e., `ranges \ self` (in set notation).
904     fn subtract_from(self,
905                      tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>,
906                      ranges: Vec<Constructor<'tcx>>)
907                      -> Vec<Constructor<'tcx>> {
908         let ranges = ranges.into_iter().filter_map(|r| {
909             IntRange::from_ctor(tcx, &r).map(|i| i.range)
910         });
911         let mut remaining_ranges = vec![];
912         let ty = self.ty;
913         let (lo, hi) = self.range.into_inner();
914         for subrange in ranges {
915             let (subrange_lo, subrange_hi) = subrange.into_inner();
916             if lo > subrange_hi || subrange_lo > hi  {
917                 // The pattern doesn't intersect with the subrange at all,
918                 // so the subrange remains untouched.
919                 remaining_ranges.push(Self::range_to_ctor(tcx, ty, subrange_lo..=subrange_hi));
920             } else {
921                 if lo > subrange_lo {
922                     // The pattern intersects an upper section of the
923                     // subrange, so a lower section will remain.
924                     remaining_ranges.push(Self::range_to_ctor(tcx, ty, subrange_lo..=(lo - 1)));
925                 }
926                 if hi < subrange_hi {
927                     // The pattern intersects a lower section of the
928                     // subrange, so an upper section will remain.
929                     remaining_ranges.push(Self::range_to_ctor(tcx, ty, (hi + 1)..=subrange_hi));
930                 }
931             }
932         }
933         remaining_ranges
934     }
935
936     fn intersection(&self, other: &Self) -> Option<Self> {
937         let ty = self.ty;
938         let (lo, hi) = (*self.range.start(), *self.range.end());
939         let (other_lo, other_hi) = (*other.range.start(), *other.range.end());
940         if lo <= other_hi && other_lo <= hi {
941             Some(IntRange { range: max(lo, other_lo)..=min(hi, other_hi), ty })
942         } else {
943             None
944         }
945     }
946 }
947
948 // A request for missing constructor data in terms of either:
949 // - whether or not there any missing constructors; or
950 // - the actual set of missing constructors.
951 #[derive(PartialEq)]
952 enum MissingCtorsInfo {
953     Emptiness,
954     Ctors,
955 }
956
957 // Used by `compute_missing_ctors`.
958 #[derive(Debug, PartialEq)]
959 enum MissingCtors<'tcx> {
960     Empty,
961     NonEmpty,
962
963     // Note that the Vec can be empty.
964     Ctors(Vec<Constructor<'tcx>>),
965 }
966
967 // When `info` is `MissingCtorsInfo::Ctors`, compute a set of constructors
968 // equivalent to `all_ctors \ used_ctors`. When `info` is
969 // `MissingCtorsInfo::Emptiness`, just determines if that set is empty or not.
970 // (The split logic gives a performance win, because we always need to know if
971 // the set is empty, but we rarely need the full set, and it can be expensive
972 // to compute the full set.)
973 fn compute_missing_ctors<'a, 'tcx: 'a>(
974     info: MissingCtorsInfo,
975     tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
976     all_ctors: &Vec<Constructor<'tcx>>,
977     used_ctors: &Vec<Constructor<'tcx>>,
978 ) -> MissingCtors<'tcx> {
979     let mut missing_ctors = vec![];
980
981     for req_ctor in all_ctors {
982         let mut refined_ctors = vec![req_ctor.clone()];
983         for used_ctor in used_ctors {
984             if used_ctor == req_ctor {
985                 // If a constructor appears in a `match` arm, we can
986                 // eliminate it straight away.
987                 refined_ctors = vec![]
988             } else if let Some(interval) = IntRange::from_ctor(tcx, used_ctor) {
989                 // Refine the required constructors for the type by subtracting
990                 // the range defined by the current constructor pattern.
991                 refined_ctors = interval.subtract_from(tcx, refined_ctors);
992             }
993
994             // If the constructor patterns that have been considered so far
995             // already cover the entire range of values, then we the
996             // constructor is not missing, and we can move on to the next one.
997             if refined_ctors.is_empty() {
998                 break;
999             }
1000         }
1001         // If a constructor has not been matched, then it is missing.
1002         // We add `refined_ctors` instead of `req_ctor`, because then we can
1003         // provide more detailed error information about precisely which
1004         // ranges have been omitted.
1005         if info == MissingCtorsInfo::Emptiness {
1006             if !refined_ctors.is_empty() {
1007                 // The set is non-empty; return early.
1008                 return MissingCtors::NonEmpty;
1009             }
1010         } else {
1011             missing_ctors.extend(refined_ctors);
1012         }
1013     }
1014
1015     if info == MissingCtorsInfo::Emptiness {
1016         // If we reached here, the set is empty.
1017         MissingCtors::Empty
1018     } else {
1019         MissingCtors::Ctors(missing_ctors)
1020     }
1021 }
1022
1023 /// Algorithm from http://moscova.inria.fr/~maranget/papers/warn/index.html.
1024 /// The algorithm from the paper has been modified to correctly handle empty
1025 /// types. The changes are:
1026 ///   (0) We don't exit early if the pattern matrix has zero rows. We just
1027 ///       continue to recurse over columns.
1028 ///   (1) all_constructors will only return constructors that are statically
1029 ///       possible. E.g., it will only return `Ok` for `Result<T, !>`.
1030 ///
1031 /// This finds whether a (row) vector `v` of patterns is 'useful' in relation
1032 /// to a set of such vectors `m` - this is defined as there being a set of
1033 /// inputs that will match `v` but not any of the sets in `m`.
1034 ///
1035 /// All the patterns at each column of the `matrix ++ v` matrix must
1036 /// have the same type, except that wildcard (PatternKind::Wild) patterns
1037 /// with type `TyErr` are also allowed, even if the "type of the column"
1038 /// is not `TyErr`. That is used to represent private fields, as using their
1039 /// real type would assert that they are inhabited.
1040 ///
1041 /// This is used both for reachability checking (if a pattern isn't useful in
1042 /// relation to preceding patterns, it is not reachable) and exhaustiveness
1043 /// checking (if a wildcard pattern is useful in relation to a matrix, the
1044 /// matrix isn't exhaustive).
1045 pub fn is_useful<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a>(cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1046                                        matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
1047                                        v: &[&Pattern<'tcx>],
1048                                        witness: WitnessPreference)
1049                                        -> Usefulness<'tcx> {
1050     let &Matrix(ref rows) = matrix;
1051     debug!("is_useful({:#?}, {:#?})", matrix, v);
1052
1053     // The base case. We are pattern-matching on () and the return value is
1054     // based on whether our matrix has a row or not.
1055     // NOTE: This could potentially be optimized by checking rows.is_empty()
1056     // first and then, if v is non-empty, the return value is based on whether
1057     // the type of the tuple we're checking is inhabited or not.
1058     if v.is_empty() {
1059         return if rows.is_empty() {
1060             match witness {
1061                 ConstructWitness => UsefulWithWitness(vec![Witness(vec![])]),
1062                 LeaveOutWitness => Useful,
1063             }
1064         } else {
1065             NotUseful
1066         }
1067     };
1068
1069     assert!(rows.iter().all(|r| r.len() == v.len()));
1070
1071     let pcx = PatternContext {
1072         // TyErr is used to represent the type of wildcard patterns matching
1073         // against inaccessible (private) fields of structs, so that we won't
1074         // be able to observe whether the types of the struct's fields are
1075         // inhabited.
1076         //
1077         // If the field is truly inaccessible, then all the patterns
1078         // matching against it must be wildcard patterns, so its type
1079         // does not matter.
1080         //
1081         // However, if we are matching against non-wildcard patterns, we
1082         // need to know the real type of the field so we can specialize
1083         // against it. This primarily occurs through constants - they
1084         // can include contents for fields that are inaccessible at the
1085         // location of the match. In that case, the field's type is
1086         // inhabited - by the constant - so we can just use it.
1087         //
1088         // FIXME: this might lead to "unstable" behavior with macro hygiene
1089         // introducing uninhabited patterns for inaccessible fields. We
1090         // need to figure out how to model that.
1091         ty: rows.iter().map(|r| r[0].ty).find(|ty| !ty.references_error()).unwrap_or(v[0].ty),
1092         max_slice_length: max_slice_length(cx, rows.iter().map(|r| r[0]).chain(Some(v[0])))
1093     };
1094
1095     debug!("is_useful_expand_first_col: pcx={:#?}, expanding {:#?}", pcx, v[0]);
1096
1097     if let Some(constructors) = pat_constructors(cx, v[0], pcx) {
1098         debug!("is_useful - expanding constructors: {:#?}", constructors);
1099         split_grouped_constructors(cx.tcx, constructors, matrix, pcx.ty).into_iter().map(|c|
1100             is_useful_specialized(cx, matrix, v, c, pcx.ty, witness)
1101         ).find(|result| result.is_useful()).unwrap_or(NotUseful)
1102     } else {
1103         debug!("is_useful - expanding wildcard");
1104
1105         let used_ctors: Vec<Constructor<'_>> = rows.iter().flat_map(|row| {
1106             pat_constructors(cx, row[0], pcx).unwrap_or(vec![])
1107         }).collect();
1108         debug!("used_ctors = {:#?}", used_ctors);
1109         // `all_ctors` are all the constructors for the given type, which
1110         // should all be represented (or caught with the wild pattern `_`).
1111         let all_ctors = all_constructors(cx, pcx);
1112         debug!("all_ctors = {:#?}", all_ctors);
1113
1114         // `missing_ctors` is the set of constructors from the same type as the
1115         // first column of `matrix` that are matched only by wildcard patterns
1116         // from the first column.
1117         //
1118         // Therefore, if there is some pattern that is unmatched by `matrix`,
1119         // it will still be unmatched if the first constructor is replaced by
1120         // any of the constructors in `missing_ctors`
1121         //
1122         // However, if our scrutinee is *privately* an empty enum, we
1123         // must treat it as though it had an "unknown" constructor (in
1124         // that case, all other patterns obviously can't be variants)
1125         // to avoid exposing its emptyness. See the `match_privately_empty`
1126         // test for details.
1127         //
1128         // FIXME: currently the only way I know of something can
1129         // be a privately-empty enum is when the exhaustive_patterns
1130         // feature flag is not present, so this is only
1131         // needed for that case.
1132
1133         // Missing constructors are those that are not matched by any
1134         // non-wildcard patterns in the current column. We always determine if
1135         // the set is empty, but we only fully construct them on-demand,
1136         // because they're rarely used and can be big.
1137         let cheap_missing_ctors =
1138             compute_missing_ctors(MissingCtorsInfo::Emptiness, cx.tcx, &all_ctors, &used_ctors);
1139
1140         let is_privately_empty = all_ctors.is_empty() && !cx.is_uninhabited(pcx.ty);
1141         let is_declared_nonexhaustive = cx.is_non_exhaustive_enum(pcx.ty) && !cx.is_local(pcx.ty);
1142         debug!("cheap_missing_ctors={:#?} is_privately_empty={:#?} is_declared_nonexhaustive={:#?}",
1143                cheap_missing_ctors, is_privately_empty, is_declared_nonexhaustive);
1144
1145         // For privately empty and non-exhaustive enums, we work as if there were an "extra"
1146         // `_` constructor for the type, so we can never match over all constructors.
1147         let is_non_exhaustive = is_privately_empty || is_declared_nonexhaustive ||
1148             (pcx.ty.is_pointer_sized() && !cx.tcx.features().precise_pointer_size_matching);
1149
1150         if cheap_missing_ctors == MissingCtors::Empty && !is_non_exhaustive {
1151             split_grouped_constructors(cx.tcx, all_ctors, matrix, pcx.ty).into_iter().map(|c| {
1152                 is_useful_specialized(cx, matrix, v, c, pcx.ty, witness)
1153             }).find(|result| result.is_useful()).unwrap_or(NotUseful)
1154         } else {
1155             let matrix = rows.iter().filter_map(|r| {
1156                 if r[0].is_wildcard() {
1157                     Some(SmallVec::from_slice(&r[1..]))
1158                 } else {
1159                     None
1160                 }
1161             }).collect();
1162             match is_useful(cx, &matrix, &v[1..], witness) {
1163                 UsefulWithWitness(pats) => {
1164                     let cx = &*cx;
1165                     // In this case, there's at least one "free"
1166                     // constructor that is only matched against by
1167                     // wildcard patterns.
1168                     //
1169                     // There are 2 ways we can report a witness here.
1170                     // Commonly, we can report all the "free"
1171                     // constructors as witnesses, e.g., if we have:
1172                     //
1173                     // ```
1174                     //     enum Direction { N, S, E, W }
1175                     //     let Direction::N = ...;
1176                     // ```
1177                     //
1178                     // we can report 3 witnesses: `S`, `E`, and `W`.
1179                     //
1180                     // However, there are 2 cases where we don't want
1181                     // to do this and instead report a single `_` witness:
1182                     //
1183                     // 1) If the user is matching against a non-exhaustive
1184                     // enum, there is no point in enumerating all possible
1185                     // variants, because the user can't actually match
1186                     // against them himself, e.g., in an example like:
1187                     // ```
1188                     //     let err: io::ErrorKind = ...;
1189                     //     match err {
1190                     //         io::ErrorKind::NotFound => {},
1191                     //     }
1192                     // ```
1193                     // we don't want to show every possible IO error,
1194                     // but instead have `_` as the witness (this is
1195                     // actually *required* if the user specified *all*
1196                     // IO errors, but is probably what we want in every
1197                     // case).
1198                     //
1199                     // 2) If the user didn't actually specify a constructor
1200                     // in this arm, e.g., in
1201                     // ```
1202                     //     let x: (Direction, Direction, bool) = ...;
1203                     //     let (_, _, false) = x;
1204                     // ```
1205                     // we don't want to show all 16 possible witnesses
1206                     // `(<direction-1>, <direction-2>, true)` - we are
1207                     // satisfied with `(_, _, true)`. In this case,
1208                     // `used_ctors` is empty.
1209                     let new_witnesses = if is_non_exhaustive || used_ctors.is_empty() {
1210                         // All constructors are unused. Add wild patterns
1211                         // rather than each individual constructor.
1212                         pats.into_iter().map(|mut witness| {
1213                             witness.0.push(Pattern {
1214                                 ty: pcx.ty,
1215                                 span: DUMMY_SP,
1216                                 kind: box PatternKind::Wild,
1217                             });
1218                             witness
1219                         }).collect()
1220                     } else {
1221                         let expensive_missing_ctors =
1222                             compute_missing_ctors(MissingCtorsInfo::Ctors, cx.tcx, &all_ctors,
1223                                                   &used_ctors);
1224                         if let MissingCtors::Ctors(missing_ctors) = expensive_missing_ctors {
1225                             pats.into_iter().flat_map(|witness| {
1226                                 missing_ctors.iter().map(move |ctor| {
1227                                     // Extends the witness with a "wild" version of this
1228                                     // constructor, that matches everything that can be built with
1229                                     // it. For example, if `ctor` is a `Constructor::Variant` for
1230                                     // `Option::Some`, this pushes the witness for `Some(_)`.
1231                                     witness.clone().push_wild_constructor(cx, ctor, pcx.ty)
1232                                 })
1233                             }).collect()
1234                         } else {
1235                             bug!("cheap missing ctors")
1236                         }
1237                     };
1238                     UsefulWithWitness(new_witnesses)
1239                 }
1240                 result => result
1241             }
1242         }
1243     }
1244 }
1245
1246 /// A shorthand for the `U(S(c, P), S(c, q))` operation from the paper. I.e., `is_useful` applied
1247 /// to the specialised version of both the pattern matrix `P` and the new pattern `q`.
1248 fn is_useful_specialized<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a>(
1249     cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1250     &Matrix(ref m): &Matrix<'p, 'tcx>,
1251     v: &[&Pattern<'tcx>],
1252     ctor: Constructor<'tcx>,
1253     lty: Ty<'tcx>,
1254     witness: WitnessPreference,
1255 ) -> Usefulness<'tcx> {
1256     debug!("is_useful_specialized({:#?}, {:#?}, {:?})", v, ctor, lty);
1257     let sub_pat_tys = constructor_sub_pattern_tys(cx, &ctor, lty);
1258     let wild_patterns_owned: Vec<_> = sub_pat_tys.iter().map(|ty| {
1259         Pattern {
1260             ty,
1261             span: DUMMY_SP,
1262             kind: box PatternKind::Wild,
1263         }
1264     }).collect();
1265     let wild_patterns: Vec<_> = wild_patterns_owned.iter().collect();
1266     let matrix = Matrix(m.iter().flat_map(|r| {
1267         specialize(cx, &r, &ctor, &wild_patterns)
1268     }).collect());
1269     match specialize(cx, v, &ctor, &wild_patterns) {
1270         Some(v) => match is_useful(cx, &matrix, &v, witness) {
1271             UsefulWithWitness(witnesses) => UsefulWithWitness(
1272                 witnesses.into_iter()
1273                     .map(|witness| witness.apply_constructor(cx, &ctor, lty))
1274                     .collect()
1275             ),
1276             result => result
1277         }
1278         None => NotUseful
1279     }
1280 }
1281
1282 /// Determines the constructors that the given pattern can be specialized to.
1283 ///
1284 /// In most cases, there's only one constructor that a specific pattern
1285 /// represents, such as a specific enum variant or a specific literal value.
1286 /// Slice patterns, however, can match slices of different lengths. For instance,
1287 /// `[a, b, ..tail]` can match a slice of length 2, 3, 4 and so on.
1288 ///
1289 /// Returns `None` in case of a catch-all, which can't be specialized.
1290 fn pat_constructors<'tcx>(cx: &mut MatchCheckCtxt<'_, 'tcx>,
1291                           pat: &Pattern<'tcx>,
1292                           pcx: PatternContext<'_>)
1293                           -> Option<Vec<Constructor<'tcx>>>
1294 {
1295     match *pat.kind {
1296         PatternKind::AscribeUserType { ref subpattern, .. } =>
1297             pat_constructors(cx, subpattern, pcx),
1298         PatternKind::Binding { .. } | PatternKind::Wild => None,
1299         PatternKind::Leaf { .. } | PatternKind::Deref { .. } => Some(vec![Single]),
1300         PatternKind::Variant { adt_def, variant_index, .. } => {
1301             Some(vec![Variant(adt_def.variants[variant_index].def_id)])
1302         }
1303         PatternKind::Constant { value } => Some(vec![ConstantValue(value)]),
1304         PatternKind::Range(PatternRange { lo, hi, ty, end }) =>
1305             Some(vec![ConstantRange(
1306                 lo.to_bits(cx.tcx, ty::ParamEnv::empty().and(ty)).unwrap(),
1307                 hi.to_bits(cx.tcx, ty::ParamEnv::empty().and(ty)).unwrap(),
1308                 ty,
1309                 end,
1310             )]),
1311         PatternKind::Array { .. } => match pcx.ty.sty {
1312             ty::Array(_, length) => Some(vec![
1313                 Slice(length.unwrap_usize(cx.tcx))
1314             ]),
1315             _ => span_bug!(pat.span, "bad ty {:?} for array pattern", pcx.ty)
1316         },
1317         PatternKind::Slice { ref prefix, ref slice, ref suffix } => {
1318             let pat_len = prefix.len() as u64 + suffix.len() as u64;
1319             if slice.is_some() {
1320                 Some((pat_len..pcx.max_slice_length+1).map(Slice).collect())
1321             } else {
1322                 Some(vec![Slice(pat_len)])
1323             }
1324         }
1325     }
1326 }
1327
1328 /// This computes the arity of a constructor. The arity of a constructor
1329 /// is how many subpattern patterns of that constructor should be expanded to.
1330 ///
1331 /// For instance, a tuple pattern `(_, 42, Some([]))` has the arity of 3.
1332 /// A struct pattern's arity is the number of fields it contains, etc.
1333 fn constructor_arity(cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>, ctor: &Constructor<'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> u64 {
1334     debug!("constructor_arity({:#?}, {:?})", ctor, ty);
1335     match ty.sty {
1336         ty::Tuple(ref fs) => fs.len() as u64,
1337         ty::Slice(..) | ty::Array(..) => match *ctor {
1338             Slice(length) => length,
1339             ConstantValue(_) => 0,
1340             _ => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", ctor, ty)
1341         }
1342         ty::Ref(..) => 1,
1343         ty::Adt(adt, _) => {
1344             adt.variants[ctor.variant_index_for_adt(cx, adt)].fields.len() as u64
1345         }
1346         _ => 0
1347     }
1348 }
1349
1350 /// This computes the types of the sub patterns that a constructor should be
1351 /// expanded to.
1352 ///
1353 /// For instance, a tuple pattern (43u32, 'a') has sub pattern types [u32, char].
1354 fn constructor_sub_pattern_tys<'a, 'tcx: 'a>(cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1355                                              ctor: &Constructor<'tcx>,
1356                                              ty: Ty<'tcx>) -> Vec<Ty<'tcx>>
1357 {
1358     debug!("constructor_sub_pattern_tys({:#?}, {:?})", ctor, ty);
1359     match ty.sty {
1360         ty::Tuple(ref fs) => fs.into_iter().map(|t| *t).collect(),
1361         ty::Slice(ty) | ty::Array(ty, _) => match *ctor {
1362             Slice(length) => (0..length).map(|_| ty).collect(),
1363             ConstantValue(_) => vec![],
1364             _ => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", ctor, ty)
1365         }
1366         ty::Ref(_, rty, _) => vec![rty],
1367         ty::Adt(adt, substs) => {
1368             if adt.is_box() {
1369                 // Use T as the sub pattern type of Box<T>.
1370                 vec![substs.type_at(0)]
1371             } else {
1372                 adt.variants[ctor.variant_index_for_adt(cx, adt)].fields.iter().map(|field| {
1373                     let is_visible = adt.is_enum()
1374                         || field.vis.is_accessible_from(cx.module, cx.tcx);
1375                     if is_visible {
1376                         let ty = field.ty(cx.tcx, substs);
1377                         match ty.sty {
1378                             // If the field type returned is an array of an unknown
1379                             // size return an TyErr.
1380                             ty::Array(_, len) if len.assert_usize(cx.tcx).is_none() =>
1381                                 cx.tcx.types.err,
1382                             _ => ty,
1383                         }
1384                     } else {
1385                         // Treat all non-visible fields as TyErr. They
1386                         // can't appear in any other pattern from
1387                         // this match (because they are private),
1388                         // so their type does not matter - but
1389                         // we don't want to know they are
1390                         // uninhabited.
1391                         cx.tcx.types.err
1392                     }
1393                 }).collect()
1394             }
1395         }
1396         _ => vec![],
1397     }
1398 }
1399
1400 // checks whether a constant is equal to a user-written slice pattern. Only supports byte slices,
1401 // meaning all other types will compare unequal and thus equal patterns often do not cause the
1402 // second pattern to lint about unreachable match arms.
1403 fn slice_pat_covered_by_const<'tcx>(
1404     tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, '_>,
1405     _span: Span,
1406     const_val: ty::Const<'tcx>,
1407     prefix: &[Pattern<'tcx>],
1408     slice: &Option<Pattern<'tcx>>,
1409     suffix: &[Pattern<'tcx>]
1410 ) -> Result<bool, ErrorReported> {
1411     let data: &[u8] = match (const_val.val, &const_val.ty.sty) {
1412         (ConstValue::ByRef(ptr, alloc), ty::Array(t, n)) => {
1413             if *t != tcx.types.u8 {
1414                 // FIXME(oli-obk): can't mix const patterns with slice patterns and get
1415                 // any sort of exhaustiveness/unreachable check yet
1416                 // This solely means that we don't lint about unreachable patterns, even if some
1417                 // are definitely unreachable.
1418                 return Ok(false);
1419             }
1420             let n = n.assert_usize(tcx).unwrap();
1421             alloc.get_bytes(&tcx, ptr, Size::from_bytes(n)).unwrap()
1422         },
1423         // a slice fat pointer to a zero length slice
1424         (ConstValue::Slice(Scalar::Bits { .. }, 0), ty::Slice(t)) => {
1425             if *t != tcx.types.u8 {
1426                 // FIXME(oli-obk): can't mix const patterns with slice patterns and get
1427                 // any sort of exhaustiveness/unreachable check yet
1428                 // This solely means that we don't lint about unreachable patterns, even if some
1429                 // are definitely unreachable.
1430                 return Ok(false);
1431             }
1432             &[]
1433         },
1434         //
1435         (ConstValue::Slice(Scalar::Ptr(ptr), n), ty::Slice(t)) => {
1436             if *t != tcx.types.u8 {
1437                 // FIXME(oli-obk): can't mix const patterns with slice patterns and get
1438                 // any sort of exhaustiveness/unreachable check yet
1439                 // This solely means that we don't lint about unreachable patterns, even if some
1440                 // are definitely unreachable.
1441                 return Ok(false);
1442             }
1443             tcx.alloc_map
1444                 .lock()
1445                 .unwrap_memory(ptr.alloc_id)
1446                 .get_bytes(&tcx, ptr, Size::from_bytes(n))
1447                 .unwrap()
1448         },
1449         _ => bug!(
1450             "slice_pat_covered_by_const: {:#?}, {:#?}, {:#?}, {:#?}",
1451             const_val, prefix, slice, suffix,
1452         ),
1453     };
1454
1455     let pat_len = prefix.len() + suffix.len();
1456     if data.len() < pat_len || (slice.is_none() && data.len() > pat_len) {
1457         return Ok(false);
1458     }
1459
1460     for (ch, pat) in
1461         data[..prefix.len()].iter().zip(prefix).chain(
1462             data[data.len()-suffix.len()..].iter().zip(suffix))
1463     {
1464         match pat.kind {
1465             box PatternKind::Constant { value } => {
1466                 let b = value.unwrap_bits(tcx, ty::ParamEnv::empty().and(pat.ty));
1467                 assert_eq!(b as u8 as u128, b);
1468                 if b as u8 != *ch {
1469                     return Ok(false);
1470                 }
1471             }
1472             _ => {}
1473         }
1474     }
1475
1476     Ok(true)
1477 }
1478
1479 // Whether to evaluate a constructor using exhaustive integer matching. This is true if the
1480 // constructor is a range or constant with an integer type.
1481 fn should_treat_range_exhaustively(tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>, ctor: &Constructor<'tcx>) -> bool {
1482     let ty = match ctor {
1483         ConstantValue(value) => value.ty,
1484         ConstantRange(_, _, ty, _) => ty,
1485         _ => return false,
1486     };
1487     if let ty::Char | ty::Int(_) | ty::Uint(_) = ty.sty {
1488         !ty.is_pointer_sized() || tcx.features().precise_pointer_size_matching
1489     } else {
1490         false
1491     }
1492 }
1493
1494 /// For exhaustive integer matching, some constructors are grouped within other constructors
1495 /// (namely integer typed values are grouped within ranges). However, when specialising these
1496 /// constructors, we want to be specialising for the underlying constructors (the integers), not
1497 /// the groups (the ranges). Thus we need to split the groups up. Splitting them up naïvely would
1498 /// mean creating a separate constructor for every single value in the range, which is clearly
1499 /// impractical. However, observe that for some ranges of integers, the specialisation will be
1500 /// identical across all values in that range (i.e., there are equivalence classes of ranges of
1501 /// constructors based on their `is_useful_specialized` outcome). These classes are grouped by
1502 /// the patterns that apply to them (in the matrix `P`). We can split the range whenever the
1503 /// patterns that apply to that range (specifically: the patterns that *intersect* with that range)
1504 /// change.
1505 /// Our solution, therefore, is to split the range constructor into subranges at every single point
1506 /// the group of intersecting patterns changes (using the method described below).
1507 /// And voilà! We're testing precisely those ranges that we need to, without any exhaustive matching
1508 /// on actual integers. The nice thing about this is that the number of subranges is linear in the
1509 /// number of rows in the matrix (i.e., the number of cases in the `match` statement), so we don't
1510 /// need to be worried about matching over gargantuan ranges.
1511 ///
1512 /// Essentially, given the first column of a matrix representing ranges, looking like the following:
1513 ///
1514 /// |------|  |----------| |-------|    ||
1515 ///    |-------| |-------|            |----| ||
1516 ///       |---------|
1517 ///
1518 /// We split the ranges up into equivalence classes so the ranges are no longer overlapping:
1519 ///
1520 /// |--|--|||-||||--||---|||-------|  |-|||| ||
1521 ///
1522 /// The logic for determining how to split the ranges is fairly straightforward: we calculate
1523 /// boundaries for each interval range, sort them, then create constructors for each new interval
1524 /// between every pair of boundary points. (This essentially sums up to performing the intuitive
1525 /// merging operation depicted above.)
1526 fn split_grouped_constructors<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a>(
1527     tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
1528     ctors: Vec<Constructor<'tcx>>,
1529     &Matrix(ref m): &Matrix<'p, 'tcx>,
1530     ty: Ty<'tcx>,
1531 ) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
1532     let mut split_ctors = Vec::with_capacity(ctors.len());
1533
1534     for ctor in ctors.into_iter() {
1535         match ctor {
1536             // For now, only ranges may denote groups of "subconstructors", so we only need to
1537             // special-case constant ranges.
1538             ConstantRange(..) if should_treat_range_exhaustively(tcx, &ctor) => {
1539                 // We only care about finding all the subranges within the range of the constructor
1540                 // range. Anything else is irrelevant, because it is guaranteed to result in
1541                 // `NotUseful`, which is the default case anyway, and can be ignored.
1542                 let ctor_range = IntRange::from_ctor(tcx, &ctor).unwrap();
1543
1544                 /// Represents a border between 2 integers. Because the intervals spanning borders
1545                 /// must be able to cover every integer, we need to be able to represent
1546                 /// 2^128 + 1 such borders.
1547                 #[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord)]
1548                 enum Border {
1549                     JustBefore(u128),
1550                     AfterMax,
1551                 }
1552
1553                 // A function for extracting the borders of an integer interval.
1554                 fn range_borders(r: IntRange<'_>) -> impl Iterator<Item = Border> {
1555                     let (lo, hi) = r.range.into_inner();
1556                     let from = Border::JustBefore(lo);
1557                     let to = match hi.checked_add(1) {
1558                         Some(m) => Border::JustBefore(m),
1559                         None => Border::AfterMax,
1560                     };
1561                     vec![from, to].into_iter()
1562                 }
1563
1564                 // `borders` is the set of borders between equivalence classes: each equivalence
1565                 // class lies between 2 borders.
1566                 let row_borders = m.iter()
1567                     .flat_map(|row| IntRange::from_pat(tcx, row[0]))
1568                     .flat_map(|range| ctor_range.intersection(&range))
1569                     .flat_map(|range| range_borders(range));
1570                 let ctor_borders = range_borders(ctor_range.clone());
1571                 let mut borders: Vec<_> = row_borders.chain(ctor_borders).collect();
1572                 borders.sort_unstable();
1573
1574                 // We're going to iterate through every pair of borders, making sure that each
1575                 // represents an interval of nonnegative length, and convert each such interval
1576                 // into a constructor.
1577                 for IntRange { range, .. } in borders.windows(2).filter_map(|window| {
1578                     match (window[0], window[1]) {
1579                         (Border::JustBefore(n), Border::JustBefore(m)) => {
1580                             if n < m {
1581                                 Some(IntRange { range: n..=(m - 1), ty })
1582                             } else {
1583                                 None
1584                             }
1585                         }
1586                         (Border::JustBefore(n), Border::AfterMax) => {
1587                             Some(IntRange { range: n..=u128::MAX, ty })
1588                         }
1589                         (Border::AfterMax, _) => None,
1590                     }
1591                 }) {
1592                     split_ctors.push(IntRange::range_to_ctor(tcx, ty, range));
1593                 }
1594             }
1595             // Any other constructor can be used unchanged.
1596             _ => split_ctors.push(ctor),
1597         }
1598     }
1599
1600     split_ctors
1601 }
1602
1603 /// Checks whether there exists any shared value in either `ctor` or `pat` by intersecting them.
1604 fn constructor_intersects_pattern<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a>(
1605     tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
1606     ctor: &Constructor<'tcx>,
1607     pat: &'p Pattern<'tcx>,
1608 ) -> Option<SmallVec<[&'p Pattern<'tcx>; 2]>> {
1609     if should_treat_range_exhaustively(tcx, ctor) {
1610         match (IntRange::from_ctor(tcx, ctor), IntRange::from_pat(tcx, pat)) {
1611             (Some(ctor), Some(pat)) => {
1612                 ctor.intersection(&pat).map(|_| {
1613                     let (pat_lo, pat_hi) = pat.range.into_inner();
1614                     let (ctor_lo, ctor_hi) = ctor.range.into_inner();
1615                     assert!(pat_lo <= ctor_lo && ctor_hi <= pat_hi);
1616                     smallvec![]
1617                 })
1618             }
1619             _ => None,
1620         }
1621     } else {
1622         // Fallback for non-ranges and ranges that involve floating-point numbers, which are not
1623         // conveniently handled by `IntRange`. For these cases, the constructor may not be a range
1624         // so intersection actually devolves into being covered by the pattern.
1625         match constructor_covered_by_range(tcx, ctor, pat) {
1626             Ok(true) => Some(smallvec![]),
1627             Ok(false) | Err(ErrorReported) => None,
1628         }
1629     }
1630 }
1631
1632 fn constructor_covered_by_range<'a, 'tcx>(
1633     tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
1634     ctor: &Constructor<'tcx>,
1635     pat: &Pattern<'tcx>,
1636 ) -> Result<bool, ErrorReported> {
1637     let (from, to, end, ty) = match pat.kind {
1638         box PatternKind::Constant { value } => (value, value, RangeEnd::Included, value.ty),
1639         box PatternKind::Range(PatternRange { lo, hi, end, ty }) => (lo, hi, end, ty),
1640         _ => bug!("`constructor_covered_by_range` called with {:?}", pat),
1641     };
1642     trace!("constructor_covered_by_range {:#?}, {:#?}, {:#?}, {}", ctor, from, to, ty);
1643     let cmp_from = |c_from| compare_const_vals(tcx, c_from, from, ty::ParamEnv::empty().and(ty))
1644         .map(|res| res != Ordering::Less);
1645     let cmp_to = |c_to| compare_const_vals(tcx, c_to, to, ty::ParamEnv::empty().and(ty));
1646     macro_rules! some_or_ok {
1647         ($e:expr) => {
1648             match $e {
1649                 Some(to) => to,
1650                 None => return Ok(false), // not char or int
1651             }
1652         };
1653     }
1654     match *ctor {
1655         ConstantValue(value) => {
1656             let to = some_or_ok!(cmp_to(value));
1657             let end = (to == Ordering::Less) ||
1658                       (end == RangeEnd::Included && to == Ordering::Equal);
1659             Ok(some_or_ok!(cmp_from(value)) && end)
1660         },
1661         ConstantRange(from, to, ty, RangeEnd::Included) => {
1662             let to = some_or_ok!(cmp_to(ty::Const::from_bits(
1663                 tcx,
1664                 to,
1665                 ty::ParamEnv::empty().and(ty),
1666             )));
1667             let end = (to == Ordering::Less) ||
1668                       (end == RangeEnd::Included && to == Ordering::Equal);
1669             Ok(some_or_ok!(cmp_from(ty::Const::from_bits(
1670                 tcx,
1671                 from,
1672                 ty::ParamEnv::empty().and(ty),
1673             ))) && end)
1674         },
1675         ConstantRange(from, to, ty, RangeEnd::Excluded) => {
1676             let to = some_or_ok!(cmp_to(ty::Const::from_bits(
1677                 tcx,
1678                 to,
1679                 ty::ParamEnv::empty().and(ty)
1680             )));
1681             let end = (to == Ordering::Less) ||
1682                       (end == RangeEnd::Excluded && to == Ordering::Equal);
1683             Ok(some_or_ok!(cmp_from(ty::Const::from_bits(
1684                 tcx,
1685                 from,
1686                 ty::ParamEnv::empty().and(ty)))
1687             ) && end)
1688         }
1689         Single => Ok(true),
1690         _ => bug!(),
1691     }
1692 }
1693
1694 fn patterns_for_variant<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a>(
1695     subpatterns: &'p [FieldPattern<'tcx>],
1696     wild_patterns: &[&'p Pattern<'tcx>])
1697     -> SmallVec<[&'p Pattern<'tcx>; 2]>
1698 {
1699     let mut result = SmallVec::from_slice(wild_patterns);
1700
1701     for subpat in subpatterns {
1702         result[subpat.field.index()] = &subpat.pattern;
1703     }
1704
1705     debug!("patterns_for_variant({:#?}, {:#?}) = {:#?}", subpatterns, wild_patterns, result);
1706     result
1707 }
1708
1709 /// This is the main specialization step. It expands the first pattern in the given row
1710 /// into `arity` patterns based on the constructor. For most patterns, the step is trivial,
1711 /// for instance tuple patterns are flattened and box patterns expand into their inner pattern.
1712 ///
1713 /// OTOH, slice patterns with a subslice pattern (..tail) can be expanded into multiple
1714 /// different patterns.
1715 /// Structure patterns with a partial wild pattern (Foo { a: 42, .. }) have their missing
1716 /// fields filled with wild patterns.
1717 fn specialize<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a>(
1718     cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1719     r: &[&'p Pattern<'tcx>],
1720     constructor: &Constructor<'tcx>,
1721     wild_patterns: &[&'p Pattern<'tcx>],
1722 ) -> Option<SmallVec<[&'p Pattern<'tcx>; 2]>> {
1723     let pat = &r[0];
1724
1725     let head = match *pat.kind {
1726         PatternKind::AscribeUserType { ref subpattern, .. } => {
1727             specialize(cx, ::std::slice::from_ref(&subpattern), constructor, wild_patterns)
1728         }
1729
1730         PatternKind::Binding { .. } | PatternKind::Wild => {
1731             Some(SmallVec::from_slice(wild_patterns))
1732         }
1733
1734         PatternKind::Variant { adt_def, variant_index, ref subpatterns, .. } => {
1735             let ref variant = adt_def.variants[variant_index];
1736             Some(Variant(variant.def_id))
1737                 .filter(|variant_constructor| variant_constructor == constructor)
1738                 .map(|_| patterns_for_variant(subpatterns, wild_patterns))
1739         }
1740
1741         PatternKind::Leaf { ref subpatterns } => {
1742             Some(patterns_for_variant(subpatterns, wild_patterns))
1743         }
1744
1745         PatternKind::Deref { ref subpattern } => {
1746             Some(smallvec![subpattern])
1747         }
1748
1749         PatternKind::Constant { value } => {
1750             match *constructor {
1751                 Slice(..) => {
1752                     // we extract an `Option` for the pointer because slices of zero elements don't
1753                     // necessarily point to memory, they are usually just integers. The only time
1754                     // they should be pointing to memory is when they are subslices of nonzero
1755                     // slices
1756                     let (opt_ptr, n, ty) = match value.ty.sty {
1757                         ty::TyKind::Array(t, n) => {
1758                             match value.val {
1759                                 ConstValue::ByRef(ptr, alloc) => (
1760                                     Some((ptr, alloc)),
1761                                     n.unwrap_usize(cx.tcx),
1762                                     t,
1763                                 ),
1764                                 _ => span_bug!(
1765                                     pat.span,
1766                                     "array pattern is {:?}", value,
1767                                 ),
1768                             }
1769                         },
1770                         ty::TyKind::Slice(t) => {
1771                             match value.val {
1772                                 ConstValue::Slice(ptr, n) => (
1773                                     ptr.to_ptr().ok().map(|ptr| (
1774                                         ptr,
1775                                         cx.tcx.alloc_map.lock().unwrap_memory(ptr.alloc_id),
1776                                     )),
1777                                     n,
1778                                     t,
1779                                 ),
1780                                 _ => span_bug!(
1781                                     pat.span,
1782                                     "slice pattern constant must be scalar pair but is {:?}",
1783                                     value,
1784                                 ),
1785                             }
1786                         },
1787                         _ => span_bug!(
1788                             pat.span,
1789                             "unexpected const-val {:?} with ctor {:?}",
1790                             value,
1791                             constructor,
1792                         ),
1793                     };
1794                     if wild_patterns.len() as u64 == n {
1795                         // convert a constant slice/array pattern to a list of patterns.
1796                         match (n, opt_ptr) {
1797                             (0, _) => Some(SmallVec::new()),
1798                             (_, Some((ptr, alloc))) => {
1799                                 let layout = cx.tcx.layout_of(cx.param_env.and(ty)).ok()?;
1800                                 (0..n).map(|i| {
1801                                     let ptr = ptr.offset(layout.size * i, &cx.tcx).ok()?;
1802                                     let scalar = alloc.read_scalar(
1803                                         &cx.tcx, ptr, layout.size,
1804                                     ).ok()?;
1805                                     let scalar = scalar.not_undef().ok()?;
1806                                     let value = ty::Const::from_scalar(scalar, ty);
1807                                     let pattern = Pattern {
1808                                         ty,
1809                                         span: pat.span,
1810                                         kind: box PatternKind::Constant { value },
1811                                     };
1812                                     Some(&*cx.pattern_arena.alloc(pattern))
1813                                 }).collect()
1814                             },
1815                             (_, None) => span_bug!(
1816                                 pat.span,
1817                                 "non zero length slice with const-val {:?}",
1818                                 value,
1819                             ),
1820                         }
1821                     } else {
1822                         None
1823                     }
1824                 }
1825                 _ => {
1826                     // If the constructor is a:
1827                     //      Single value: add a row if the constructor equals the pattern.
1828                     //      Range: add a row if the constructor contains the pattern.
1829                     constructor_intersects_pattern(cx.tcx, constructor, pat)
1830                 }
1831             }
1832         }
1833
1834         PatternKind::Range { .. } => {
1835             // If the constructor is a:
1836             //      Single value: add a row if the pattern contains the constructor.
1837             //      Range: add a row if the constructor intersects the pattern.
1838             constructor_intersects_pattern(cx.tcx, constructor, pat)
1839         }
1840
1841         PatternKind::Array { ref prefix, ref slice, ref suffix } |
1842         PatternKind::Slice { ref prefix, ref slice, ref suffix } => {
1843             match *constructor {
1844                 Slice(..) => {
1845                     let pat_len = prefix.len() + suffix.len();
1846                     if let Some(slice_count) = wild_patterns.len().checked_sub(pat_len) {
1847                         if slice_count == 0 || slice.is_some() {
1848                             Some(prefix.iter().chain(
1849                                     wild_patterns.iter().map(|p| *p)
1850                                                  .skip(prefix.len())
1851                                                  .take(slice_count)
1852                                                  .chain(suffix.iter())
1853                             ).collect())
1854                         } else {
1855                             None
1856                         }
1857                     } else {
1858                         None
1859                     }
1860                 }
1861                 ConstantValue(cv) => {
1862                     match slice_pat_covered_by_const(cx.tcx, pat.span, cv, prefix, slice, suffix) {
1863                         Ok(true) => Some(smallvec![]),
1864                         Ok(false) => None,
1865                         Err(ErrorReported) => None
1866                     }
1867                 }
1868                 _ => span_bug!(pat.span,
1869                     "unexpected ctor {:?} for slice pat", constructor)
1870             }
1871         }
1872     };
1873     debug!("specialize({:#?}, {:#?}) = {:#?}", r[0], wild_patterns, head);
1874
1875     head.map(|mut head| {
1876         head.extend_from_slice(&r[1 ..]);
1877         head
1878     })
1879 }