]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc_mir/hair/pattern/_match.rs
Improve some compiletest documentation
[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, subst::SubstsRef, 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     fn is_variant_uninhabited(&self,
404                               variant: &'tcx ty::VariantDef,
405                               substs: SubstsRef<'tcx>)
406                               -> bool
407     {
408         if self.tcx.features().exhaustive_patterns {
409             self.tcx.is_enum_variant_uninhabited_from(self.module, variant, substs)
410         } else {
411             false
412         }
413     }
414 }
415
416 #[derive(Clone, Debug, PartialEq)]
417 pub enum Constructor<'tcx> {
418     /// The constructor of all patterns that don't vary by constructor,
419     /// e.g., struct patterns and fixed-length arrays.
420     Single,
421     /// Enum variants.
422     Variant(DefId),
423     /// Literal values.
424     ConstantValue(ty::Const<'tcx>),
425     /// Ranges of literal values (`2...5` and `2..5`).
426     ConstantRange(u128, u128, Ty<'tcx>, RangeEnd),
427     /// Array patterns of length n.
428     Slice(u64),
429 }
430
431 impl<'tcx> Constructor<'tcx> {
432     fn variant_index_for_adt<'a>(
433         &self,
434         cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
435         adt: &'tcx ty::AdtDef,
436     ) -> VariantIdx {
437         match self {
438             &Variant(vid) => adt.variant_index_with_id(vid),
439             &Single => {
440                 assert!(!adt.is_enum());
441                 VariantIdx::new(0)
442             }
443             &ConstantValue(c) => crate::const_eval::const_variant_index(cx.tcx, cx.param_env, c),
444             _ => bug!("bad constructor {:?} for adt {:?}", self, adt)
445         }
446     }
447 }
448
449 #[derive(Clone, Debug)]
450 pub enum Usefulness<'tcx> {
451     Useful,
452     UsefulWithWitness(Vec<Witness<'tcx>>),
453     NotUseful
454 }
455
456 impl<'tcx> Usefulness<'tcx> {
457     fn is_useful(&self) -> bool {
458         match *self {
459             NotUseful => false,
460             _ => true
461         }
462     }
463 }
464
465 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
466 pub enum WitnessPreference {
467     ConstructWitness,
468     LeaveOutWitness
469 }
470
471 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
472 struct PatternContext<'tcx> {
473     ty: Ty<'tcx>,
474     max_slice_length: u64,
475 }
476
477 /// A witness of non-exhaustiveness for error reporting, represented
478 /// as a list of patterns (in reverse order of construction) with
479 /// wildcards inside to represent elements that can take any inhabitant
480 /// of the type as a value.
481 ///
482 /// A witness against a list of patterns should have the same types
483 /// and length as the pattern matched against. Because Rust `match`
484 /// is always against a single pattern, at the end the witness will
485 /// have length 1, but in the middle of the algorithm, it can contain
486 /// multiple patterns.
487 ///
488 /// For example, if we are constructing a witness for the match against
489 /// ```
490 /// struct Pair(Option<(u32, u32)>, bool);
491 ///
492 /// match (p: Pair) {
493 ///    Pair(None, _) => {}
494 ///    Pair(_, false) => {}
495 /// }
496 /// ```
497 ///
498 /// We'll perform the following steps:
499 /// 1. Start with an empty witness
500 ///     `Witness(vec![])`
501 /// 2. Push a witness `Some(_)` against the `None`
502 ///     `Witness(vec![Some(_)])`
503 /// 3. Push a witness `true` against the `false`
504 ///     `Witness(vec![Some(_), true])`
505 /// 4. Apply the `Pair` constructor to the witnesses
506 ///     `Witness(vec![Pair(Some(_), true)])`
507 ///
508 /// The final `Pair(Some(_), true)` is then the resulting witness.
509 #[derive(Clone, Debug)]
510 pub struct Witness<'tcx>(Vec<Pattern<'tcx>>);
511
512 impl<'tcx> Witness<'tcx> {
513     pub fn single_pattern(&self) -> &Pattern<'tcx> {
514         assert_eq!(self.0.len(), 1);
515         &self.0[0]
516     }
517
518     fn push_wild_constructor<'a>(
519         mut self,
520         cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
521         ctor: &Constructor<'tcx>,
522         ty: Ty<'tcx>)
523         -> Self
524     {
525         let sub_pattern_tys = constructor_sub_pattern_tys(cx, ctor, ty);
526         self.0.extend(sub_pattern_tys.into_iter().map(|ty| {
527             Pattern {
528                 ty,
529                 span: DUMMY_SP,
530                 kind: box PatternKind::Wild,
531             }
532         }));
533         self.apply_constructor(cx, ctor, ty)
534     }
535
536     /// Constructs a partial witness for a pattern given a list of
537     /// patterns expanded by the specialization step.
538     ///
539     /// When a pattern P is discovered to be useful, this function is used bottom-up
540     /// to reconstruct a complete witness, e.g., a pattern P' that covers a subset
541     /// of values, V, where each value in that set is not covered by any previously
542     /// used patterns and is covered by the pattern P'. Examples:
543     ///
544     /// left_ty: tuple of 3 elements
545     /// pats: [10, 20, _]           => (10, 20, _)
546     ///
547     /// left_ty: struct X { a: (bool, &'static str), b: usize}
548     /// pats: [(false, "foo"), 42]  => X { a: (false, "foo"), b: 42 }
549     fn apply_constructor<'a>(
550         mut self,
551         cx: &MatchCheckCtxt<'a,'tcx>,
552         ctor: &Constructor<'tcx>,
553         ty: Ty<'tcx>)
554         -> Self
555     {
556         let arity = constructor_arity(cx, ctor, ty);
557         let pat = {
558             let len = self.0.len() as u64;
559             let mut pats = self.0.drain((len - arity) as usize..).rev();
560
561             match ty.sty {
562                 ty::Adt(..) |
563                 ty::Tuple(..) => {
564                     let pats = pats.enumerate().map(|(i, p)| {
565                         FieldPattern {
566                             field: Field::new(i),
567                             pattern: p
568                         }
569                     }).collect();
570
571                     if let ty::Adt(adt, substs) = ty.sty {
572                         if adt.is_enum() {
573                             PatternKind::Variant {
574                                 adt_def: adt,
575                                 substs,
576                                 variant_index: ctor.variant_index_for_adt(cx, adt),
577                                 subpatterns: pats
578                             }
579                         } else {
580                             PatternKind::Leaf { subpatterns: pats }
581                         }
582                     } else {
583                         PatternKind::Leaf { subpatterns: pats }
584                     }
585                 }
586
587                 ty::Ref(..) => {
588                     PatternKind::Deref { subpattern: pats.nth(0).unwrap() }
589                 }
590
591                 ty::Slice(_) | ty::Array(..) => {
592                     PatternKind::Slice {
593                         prefix: pats.collect(),
594                         slice: None,
595                         suffix: vec![]
596                     }
597                 }
598
599                 _ => {
600                     match *ctor {
601                         ConstantValue(value) => PatternKind::Constant { value },
602                         ConstantRange(lo, hi, ty, end) => PatternKind::Range(PatternRange {
603                             lo: ty::Const::from_bits(cx.tcx, lo, ty::ParamEnv::empty().and(ty)),
604                             hi: ty::Const::from_bits(cx.tcx, hi, ty::ParamEnv::empty().and(ty)),
605                             ty,
606                             end,
607                         }),
608                         _ => PatternKind::Wild,
609                     }
610                 }
611             }
612         };
613
614         self.0.push(Pattern {
615             ty,
616             span: DUMMY_SP,
617             kind: Box::new(pat),
618         });
619
620         self
621     }
622 }
623
624 /// This determines the set of all possible constructors of a pattern matching
625 /// values of type `left_ty`. For vectors, this would normally be an infinite set
626 /// but is instead bounded by the maximum fixed length of slice patterns in
627 /// the column of patterns being analyzed.
628 ///
629 /// We make sure to omit constructors that are statically impossible. E.g., for
630 /// `Option<!>`, we do not include `Some(_)` in the returned list of constructors.
631 fn all_constructors<'a, 'tcx: 'a>(cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
632                                   pcx: PatternContext<'tcx>)
633                                   -> Vec<Constructor<'tcx>>
634 {
635     debug!("all_constructors({:?})", pcx.ty);
636     let ctors = match pcx.ty.sty {
637         ty::Bool => {
638             [true, false].iter().map(|&b| {
639                 ConstantValue(ty::Const::from_bool(cx.tcx, b))
640             }).collect()
641         }
642         ty::Array(ref sub_ty, len) if len.assert_usize(cx.tcx).is_some() => {
643             let len = len.unwrap_usize(cx.tcx);
644             if len != 0 && cx.is_uninhabited(sub_ty) {
645                 vec![]
646             } else {
647                 vec![Slice(len)]
648             }
649         }
650         // Treat arrays of a constant but unknown length like slices.
651         ty::Array(ref sub_ty, _) |
652         ty::Slice(ref sub_ty) => {
653             if cx.is_uninhabited(sub_ty) {
654                 vec![Slice(0)]
655             } else {
656                 (0..pcx.max_slice_length+1).map(|length| Slice(length)).collect()
657             }
658         }
659         ty::Adt(def, substs) if def.is_enum() => {
660             def.variants.iter()
661                 .filter(|v| !cx.is_variant_uninhabited(v, substs))
662                 .map(|v| Variant(v.did))
663                 .collect()
664         }
665         ty::Char => {
666             vec![
667                 // The valid Unicode Scalar Value ranges.
668                 ConstantRange('\u{0000}' as u128,
669                               '\u{D7FF}' as u128,
670                               cx.tcx.types.char,
671                               RangeEnd::Included
672                 ),
673                 ConstantRange('\u{E000}' as u128,
674                               '\u{10FFFF}' as u128,
675                               cx.tcx.types.char,
676                               RangeEnd::Included
677                 ),
678             ]
679         }
680         ty::Int(ity) => {
681             let bits = Integer::from_attr(&cx.tcx, SignedInt(ity)).size().bits() as u128;
682             let min = 1u128 << (bits - 1);
683             let max = min - 1;
684             vec![ConstantRange(min, max, pcx.ty, RangeEnd::Included)]
685         }
686         ty::Uint(uty) => {
687             let size = Integer::from_attr(&cx.tcx, UnsignedInt(uty)).size();
688             let max = truncate(u128::max_value(), size);
689             vec![ConstantRange(0, max, pcx.ty, RangeEnd::Included)]
690         }
691         _ => {
692             if cx.is_uninhabited(pcx.ty) {
693                 vec![]
694             } else {
695                 vec![Single]
696             }
697         }
698     };
699     ctors
700 }
701
702 fn max_slice_length<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a, I>(
703     cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
704     patterns: I) -> u64
705     where I: Iterator<Item=&'p Pattern<'tcx>>
706 {
707     // The exhaustiveness-checking paper does not include any details on
708     // checking variable-length slice patterns. However, they are matched
709     // by an infinite collection of fixed-length array patterns.
710     //
711     // Checking the infinite set directly would take an infinite amount
712     // of time. However, it turns out that for each finite set of
713     // patterns `P`, all sufficiently large array lengths are equivalent:
714     //
715     // Each slice `s` with a "sufficiently-large" length `l ≥ L` that applies
716     // to exactly the subset `Pₜ` of `P` can be transformed to a slice
717     // `sₘ` for each sufficiently-large length `m` that applies to exactly
718     // the same subset of `P`.
719     //
720     // Because of that, each witness for reachability-checking from one
721     // of the sufficiently-large lengths can be transformed to an
722     // equally-valid witness from any other length, so we only have
723     // to check slice lengths from the "minimal sufficiently-large length"
724     // and below.
725     //
726     // Note that the fact that there is a *single* `sₘ` for each `m`
727     // not depending on the specific pattern in `P` is important: if
728     // you look at the pair of patterns
729     //     `[true, ..]`
730     //     `[.., false]`
731     // Then any slice of length ≥1 that matches one of these two
732     // patterns can be trivially turned to a slice of any
733     // other length ≥1 that matches them and vice-versa - for
734     // but the slice from length 2 `[false, true]` that matches neither
735     // of these patterns can't be turned to a slice from length 1 that
736     // matches neither of these patterns, so we have to consider
737     // slices from length 2 there.
738     //
739     // Now, to see that that length exists and find it, observe that slice
740     // patterns are either "fixed-length" patterns (`[_, _, _]`) or
741     // "variable-length" patterns (`[_, .., _]`).
742     //
743     // For fixed-length patterns, all slices with lengths *longer* than
744     // the pattern's length have the same outcome (of not matching), so
745     // as long as `L` is greater than the pattern's length we can pick
746     // any `sₘ` from that length and get the same result.
747     //
748     // For variable-length patterns, the situation is more complicated,
749     // because as seen above the precise value of `sₘ` matters.
750     //
751     // However, for each variable-length pattern `p` with a prefix of length
752     // `plₚ` and suffix of length `slₚ`, only the first `plₚ` and the last
753     // `slₚ` elements are examined.
754     //
755     // Therefore, as long as `L` is positive (to avoid concerns about empty
756     // types), all elements after the maximum prefix length and before
757     // the maximum suffix length are not examined by any variable-length
758     // pattern, and therefore can be added/removed without affecting
759     // them - creating equivalent patterns from any sufficiently-large
760     // length.
761     //
762     // Of course, if fixed-length patterns exist, we must be sure
763     // that our length is large enough to miss them all, so
764     // we can pick `L = max(FIXED_LEN+1 ∪ {max(PREFIX_LEN) + max(SUFFIX_LEN)})`
765     //
766     // for example, with the above pair of patterns, all elements
767     // but the first and last can be added/removed, so any
768     // witness of length ≥2 (say, `[false, false, true]`) can be
769     // turned to a witness from any other length ≥2.
770
771     let mut max_prefix_len = 0;
772     let mut max_suffix_len = 0;
773     let mut max_fixed_len = 0;
774
775     for row in patterns {
776         match *row.kind {
777             PatternKind::Constant { value } => {
778                 // extract the length of an array/slice from a constant
779                 match (value.val, &value.ty.sty) {
780                     (_, ty::Array(_, n)) => max_fixed_len = cmp::max(
781                         max_fixed_len,
782                         n.unwrap_usize(cx.tcx),
783                     ),
784                     (ConstValue::Slice(_, n), ty::Slice(_)) => max_fixed_len = cmp::max(
785                         max_fixed_len,
786                         n,
787                     ),
788                     _ => {},
789                 }
790             }
791             PatternKind::Slice { ref prefix, slice: None, ref suffix } => {
792                 let fixed_len = prefix.len() as u64 + suffix.len() as u64;
793                 max_fixed_len = cmp::max(max_fixed_len, fixed_len);
794             }
795             PatternKind::Slice { ref prefix, slice: Some(_), ref suffix } => {
796                 max_prefix_len = cmp::max(max_prefix_len, prefix.len() as u64);
797                 max_suffix_len = cmp::max(max_suffix_len, suffix.len() as u64);
798             }
799             _ => {}
800         }
801     }
802
803     cmp::max(max_fixed_len + 1, max_prefix_len + max_suffix_len)
804 }
805
806 /// An inclusive interval, used for precise integer exhaustiveness checking.
807 /// `IntRange`s always store a contiguous range. This means that values are
808 /// encoded such that `0` encodes the minimum value for the integer,
809 /// regardless of the signedness.
810 /// For example, the pattern `-128...127i8` is encoded as `0..=255`.
811 /// This makes comparisons and arithmetic on interval endpoints much more
812 /// straightforward. See `signed_bias` for details.
813 ///
814 /// `IntRange` is never used to encode an empty range or a "range" that wraps
815 /// around the (offset) space: i.e., `range.lo <= range.hi`.
816 #[derive(Clone)]
817 struct IntRange<'tcx> {
818     pub range: RangeInclusive<u128>,
819     pub ty: Ty<'tcx>,
820 }
821
822 impl<'tcx> IntRange<'tcx> {
823     fn from_ctor(tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>,
824                  ctor: &Constructor<'tcx>)
825                  -> Option<IntRange<'tcx>> {
826         // Floating-point ranges are permitted and we don't want
827         // to consider them when constructing integer ranges.
828         fn is_integral<'tcx>(ty: Ty<'tcx>) -> bool {
829             match ty.sty {
830                 ty::Char | ty::Int(_) | ty::Uint(_) => true,
831                 _ => false,
832             }
833         }
834
835         match ctor {
836             ConstantRange(lo, hi, ty, end) if is_integral(ty) => {
837                 // Perform a shift if the underlying types are signed,
838                 // which makes the interval arithmetic simpler.
839                 let bias = IntRange::signed_bias(tcx, ty);
840                 let (lo, hi) = (lo ^ bias, hi ^ bias);
841                 // Make sure the interval is well-formed.
842                 if lo > hi || lo == hi && *end == RangeEnd::Excluded {
843                     None
844                 } else {
845                     let offset = (*end == RangeEnd::Excluded) as u128;
846                     Some(IntRange { range: lo..=(hi - offset), ty })
847                 }
848             }
849             ConstantValue(val) if is_integral(val.ty) => {
850                 let ty = val.ty;
851                 if let Some(val) = val.assert_bits(tcx, ty::ParamEnv::empty().and(ty)) {
852                     let bias = IntRange::signed_bias(tcx, ty);
853                     let val = val ^ bias;
854                     Some(IntRange { range: val..=val, ty })
855                 } else {
856                     None
857                 }
858             }
859             _ => None,
860         }
861     }
862
863     fn from_pat(tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>,
864                 mut pat: &Pattern<'tcx>)
865                 -> Option<IntRange<'tcx>> {
866         let range = loop {
867             match pat.kind {
868                 box PatternKind::Constant { value } => break ConstantValue(value),
869                 box PatternKind::Range(PatternRange { lo, hi, ty, end }) => break ConstantRange(
870                     lo.to_bits(tcx, ty::ParamEnv::empty().and(ty)).unwrap(),
871                     hi.to_bits(tcx, ty::ParamEnv::empty().and(ty)).unwrap(),
872                     ty,
873                     end,
874                 ),
875                 box PatternKind::AscribeUserType { ref subpattern, .. } => {
876                     pat = subpattern;
877                 },
878                 _ => return None,
879             }
880         };
881         Self::from_ctor(tcx, &range)
882     }
883
884     // The return value of `signed_bias` should be XORed with an endpoint to encode/decode it.
885     fn signed_bias(tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> u128 {
886         match ty.sty {
887             ty::Int(ity) => {
888                 let bits = Integer::from_attr(&tcx, SignedInt(ity)).size().bits() as u128;
889                 1u128 << (bits - 1)
890             }
891             _ => 0
892         }
893     }
894
895     /// Converts a `RangeInclusive` to a `ConstantValue` or inclusive `ConstantRange`.
896     fn range_to_ctor(
897         tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>,
898         ty: Ty<'tcx>,
899         r: RangeInclusive<u128>,
900     ) -> Constructor<'tcx> {
901         let bias = IntRange::signed_bias(tcx, ty);
902         let (lo, hi) = r.into_inner();
903         if lo == hi {
904             let ty = ty::ParamEnv::empty().and(ty);
905             ConstantValue(ty::Const::from_bits(tcx, lo ^ bias, ty))
906         } else {
907             ConstantRange(lo ^ bias, hi ^ bias, ty, RangeEnd::Included)
908         }
909     }
910
911     /// Returns a collection of ranges that spans the values covered by `ranges`, subtracted
912     /// by the values covered by `self`: i.e., `ranges \ self` (in set notation).
913     fn subtract_from(self,
914                      tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>,
915                      ranges: Vec<Constructor<'tcx>>)
916                      -> Vec<Constructor<'tcx>> {
917         let ranges = ranges.into_iter().filter_map(|r| {
918             IntRange::from_ctor(tcx, &r).map(|i| i.range)
919         });
920         let mut remaining_ranges = vec![];
921         let ty = self.ty;
922         let (lo, hi) = self.range.into_inner();
923         for subrange in ranges {
924             let (subrange_lo, subrange_hi) = subrange.into_inner();
925             if lo > subrange_hi || subrange_lo > hi  {
926                 // The pattern doesn't intersect with the subrange at all,
927                 // so the subrange remains untouched.
928                 remaining_ranges.push(Self::range_to_ctor(tcx, ty, subrange_lo..=subrange_hi));
929             } else {
930                 if lo > subrange_lo {
931                     // The pattern intersects an upper section of the
932                     // subrange, so a lower section will remain.
933                     remaining_ranges.push(Self::range_to_ctor(tcx, ty, subrange_lo..=(lo - 1)));
934                 }
935                 if hi < subrange_hi {
936                     // The pattern intersects a lower section of the
937                     // subrange, so an upper section will remain.
938                     remaining_ranges.push(Self::range_to_ctor(tcx, ty, (hi + 1)..=subrange_hi));
939                 }
940             }
941         }
942         remaining_ranges
943     }
944
945     fn intersection(&self, other: &Self) -> Option<Self> {
946         let ty = self.ty;
947         let (lo, hi) = (*self.range.start(), *self.range.end());
948         let (other_lo, other_hi) = (*other.range.start(), *other.range.end());
949         if lo <= other_hi && other_lo <= hi {
950             Some(IntRange { range: max(lo, other_lo)..=min(hi, other_hi), ty })
951         } else {
952             None
953         }
954     }
955 }
956
957 // A request for missing constructor data in terms of either:
958 // - whether or not there any missing constructors; or
959 // - the actual set of missing constructors.
960 #[derive(PartialEq)]
961 enum MissingCtorsInfo {
962     Emptiness,
963     Ctors,
964 }
965
966 // Used by `compute_missing_ctors`.
967 #[derive(Debug, PartialEq)]
968 enum MissingCtors<'tcx> {
969     Empty,
970     NonEmpty,
971
972     // Note that the Vec can be empty.
973     Ctors(Vec<Constructor<'tcx>>),
974 }
975
976 // When `info` is `MissingCtorsInfo::Ctors`, compute a set of constructors
977 // equivalent to `all_ctors \ used_ctors`. When `info` is
978 // `MissingCtorsInfo::Emptiness`, just determines if that set is empty or not.
979 // (The split logic gives a performance win, because we always need to know if
980 // the set is empty, but we rarely need the full set, and it can be expensive
981 // to compute the full set.)
982 fn compute_missing_ctors<'a, 'tcx: 'a>(
983     info: MissingCtorsInfo,
984     tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
985     all_ctors: &Vec<Constructor<'tcx>>,
986     used_ctors: &Vec<Constructor<'tcx>>,
987 ) -> MissingCtors<'tcx> {
988     let mut missing_ctors = vec![];
989
990     for req_ctor in all_ctors {
991         let mut refined_ctors = vec![req_ctor.clone()];
992         for used_ctor in used_ctors {
993             if used_ctor == req_ctor {
994                 // If a constructor appears in a `match` arm, we can
995                 // eliminate it straight away.
996                 refined_ctors = vec![]
997             } else if let Some(interval) = IntRange::from_ctor(tcx, used_ctor) {
998                 // Refine the required constructors for the type by subtracting
999                 // the range defined by the current constructor pattern.
1000                 refined_ctors = interval.subtract_from(tcx, refined_ctors);
1001             }
1002
1003             // If the constructor patterns that have been considered so far
1004             // already cover the entire range of values, then we the
1005             // constructor is not missing, and we can move on to the next one.
1006             if refined_ctors.is_empty() {
1007                 break;
1008             }
1009         }
1010         // If a constructor has not been matched, then it is missing.
1011         // We add `refined_ctors` instead of `req_ctor`, because then we can
1012         // provide more detailed error information about precisely which
1013         // ranges have been omitted.
1014         if info == MissingCtorsInfo::Emptiness {
1015             if !refined_ctors.is_empty() {
1016                 // The set is non-empty; return early.
1017                 return MissingCtors::NonEmpty;
1018             }
1019         } else {
1020             missing_ctors.extend(refined_ctors);
1021         }
1022     }
1023
1024     if info == MissingCtorsInfo::Emptiness {
1025         // If we reached here, the set is empty.
1026         MissingCtors::Empty
1027     } else {
1028         MissingCtors::Ctors(missing_ctors)
1029     }
1030 }
1031
1032 /// Algorithm from http://moscova.inria.fr/~maranget/papers/warn/index.html.
1033 /// The algorithm from the paper has been modified to correctly handle empty
1034 /// types. The changes are:
1035 ///   (0) We don't exit early if the pattern matrix has zero rows. We just
1036 ///       continue to recurse over columns.
1037 ///   (1) all_constructors will only return constructors that are statically
1038 ///       possible. E.g., it will only return `Ok` for `Result<T, !>`.
1039 ///
1040 /// This finds whether a (row) vector `v` of patterns is 'useful' in relation
1041 /// to a set of such vectors `m` - this is defined as there being a set of
1042 /// inputs that will match `v` but not any of the sets in `m`.
1043 ///
1044 /// All the patterns at each column of the `matrix ++ v` matrix must
1045 /// have the same type, except that wildcard (PatternKind::Wild) patterns
1046 /// with type `TyErr` are also allowed, even if the "type of the column"
1047 /// is not `TyErr`. That is used to represent private fields, as using their
1048 /// real type would assert that they are inhabited.
1049 ///
1050 /// This is used both for reachability checking (if a pattern isn't useful in
1051 /// relation to preceding patterns, it is not reachable) and exhaustiveness
1052 /// checking (if a wildcard pattern is useful in relation to a matrix, the
1053 /// matrix isn't exhaustive).
1054 pub fn is_useful<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a>(cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1055                                        matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
1056                                        v: &[&Pattern<'tcx>],
1057                                        witness: WitnessPreference)
1058                                        -> Usefulness<'tcx> {
1059     let &Matrix(ref rows) = matrix;
1060     debug!("is_useful({:#?}, {:#?})", matrix, v);
1061
1062     // The base case. We are pattern-matching on () and the return value is
1063     // based on whether our matrix has a row or not.
1064     // NOTE: This could potentially be optimized by checking rows.is_empty()
1065     // first and then, if v is non-empty, the return value is based on whether
1066     // the type of the tuple we're checking is inhabited or not.
1067     if v.is_empty() {
1068         return if rows.is_empty() {
1069             match witness {
1070                 ConstructWitness => UsefulWithWitness(vec![Witness(vec![])]),
1071                 LeaveOutWitness => Useful,
1072             }
1073         } else {
1074             NotUseful
1075         }
1076     };
1077
1078     assert!(rows.iter().all(|r| r.len() == v.len()));
1079
1080     let pcx = PatternContext {
1081         // TyErr is used to represent the type of wildcard patterns matching
1082         // against inaccessible (private) fields of structs, so that we won't
1083         // be able to observe whether the types of the struct's fields are
1084         // inhabited.
1085         //
1086         // If the field is truly inaccessible, then all the patterns
1087         // matching against it must be wildcard patterns, so its type
1088         // does not matter.
1089         //
1090         // However, if we are matching against non-wildcard patterns, we
1091         // need to know the real type of the field so we can specialize
1092         // against it. This primarily occurs through constants - they
1093         // can include contents for fields that are inaccessible at the
1094         // location of the match. In that case, the field's type is
1095         // inhabited - by the constant - so we can just use it.
1096         //
1097         // FIXME: this might lead to "unstable" behavior with macro hygiene
1098         // introducing uninhabited patterns for inaccessible fields. We
1099         // need to figure out how to model that.
1100         ty: rows.iter().map(|r| r[0].ty).find(|ty| !ty.references_error()).unwrap_or(v[0].ty),
1101         max_slice_length: max_slice_length(cx, rows.iter().map(|r| r[0]).chain(Some(v[0])))
1102     };
1103
1104     debug!("is_useful_expand_first_col: pcx={:#?}, expanding {:#?}", pcx, v[0]);
1105
1106     if let Some(constructors) = pat_constructors(cx, v[0], pcx) {
1107         debug!("is_useful - expanding constructors: {:#?}", constructors);
1108         split_grouped_constructors(cx.tcx, constructors, matrix, pcx.ty).into_iter().map(|c|
1109             is_useful_specialized(cx, matrix, v, c, pcx.ty, witness)
1110         ).find(|result| result.is_useful()).unwrap_or(NotUseful)
1111     } else {
1112         debug!("is_useful - expanding wildcard");
1113
1114         let used_ctors: Vec<Constructor<'_>> = rows.iter().flat_map(|row| {
1115             pat_constructors(cx, row[0], pcx).unwrap_or(vec![])
1116         }).collect();
1117         debug!("used_ctors = {:#?}", used_ctors);
1118         // `all_ctors` are all the constructors for the given type, which
1119         // should all be represented (or caught with the wild pattern `_`).
1120         let all_ctors = all_constructors(cx, pcx);
1121         debug!("all_ctors = {:#?}", all_ctors);
1122
1123         // `missing_ctors` is the set of constructors from the same type as the
1124         // first column of `matrix` that are matched only by wildcard patterns
1125         // from the first column.
1126         //
1127         // Therefore, if there is some pattern that is unmatched by `matrix`,
1128         // it will still be unmatched if the first constructor is replaced by
1129         // any of the constructors in `missing_ctors`
1130         //
1131         // However, if our scrutinee is *privately* an empty enum, we
1132         // must treat it as though it had an "unknown" constructor (in
1133         // that case, all other patterns obviously can't be variants)
1134         // to avoid exposing its emptyness. See the `match_privately_empty`
1135         // test for details.
1136         //
1137         // FIXME: currently the only way I know of something can
1138         // be a privately-empty enum is when the exhaustive_patterns
1139         // feature flag is not present, so this is only
1140         // needed for that case.
1141
1142         // Missing constructors are those that are not matched by any
1143         // non-wildcard patterns in the current column. We always determine if
1144         // the set is empty, but we only fully construct them on-demand,
1145         // because they're rarely used and can be big.
1146         let cheap_missing_ctors =
1147             compute_missing_ctors(MissingCtorsInfo::Emptiness, cx.tcx, &all_ctors, &used_ctors);
1148
1149         let is_privately_empty = all_ctors.is_empty() && !cx.is_uninhabited(pcx.ty);
1150         let is_declared_nonexhaustive = cx.is_non_exhaustive_enum(pcx.ty) && !cx.is_local(pcx.ty);
1151         debug!("cheap_missing_ctors={:#?} is_privately_empty={:#?} is_declared_nonexhaustive={:#?}",
1152                cheap_missing_ctors, is_privately_empty, is_declared_nonexhaustive);
1153
1154         // For privately empty and non-exhaustive enums, we work as if there were an "extra"
1155         // `_` constructor for the type, so we can never match over all constructors.
1156         let is_non_exhaustive = is_privately_empty || is_declared_nonexhaustive ||
1157             (pcx.ty.is_pointer_sized() && !cx.tcx.features().precise_pointer_size_matching);
1158
1159         if cheap_missing_ctors == MissingCtors::Empty && !is_non_exhaustive {
1160             split_grouped_constructors(cx.tcx, all_ctors, matrix, pcx.ty).into_iter().map(|c| {
1161                 is_useful_specialized(cx, matrix, v, c, pcx.ty, witness)
1162             }).find(|result| result.is_useful()).unwrap_or(NotUseful)
1163         } else {
1164             let matrix = rows.iter().filter_map(|r| {
1165                 if r[0].is_wildcard() {
1166                     Some(SmallVec::from_slice(&r[1..]))
1167                 } else {
1168                     None
1169                 }
1170             }).collect();
1171             match is_useful(cx, &matrix, &v[1..], witness) {
1172                 UsefulWithWitness(pats) => {
1173                     let cx = &*cx;
1174                     // In this case, there's at least one "free"
1175                     // constructor that is only matched against by
1176                     // wildcard patterns.
1177                     //
1178                     // There are 2 ways we can report a witness here.
1179                     // Commonly, we can report all the "free"
1180                     // constructors as witnesses, e.g., if we have:
1181                     //
1182                     // ```
1183                     //     enum Direction { N, S, E, W }
1184                     //     let Direction::N = ...;
1185                     // ```
1186                     //
1187                     // we can report 3 witnesses: `S`, `E`, and `W`.
1188                     //
1189                     // However, there are 2 cases where we don't want
1190                     // to do this and instead report a single `_` witness:
1191                     //
1192                     // 1) If the user is matching against a non-exhaustive
1193                     // enum, there is no point in enumerating all possible
1194                     // variants, because the user can't actually match
1195                     // against them himself, e.g., in an example like:
1196                     // ```
1197                     //     let err: io::ErrorKind = ...;
1198                     //     match err {
1199                     //         io::ErrorKind::NotFound => {},
1200                     //     }
1201                     // ```
1202                     // we don't want to show every possible IO error,
1203                     // but instead have `_` as the witness (this is
1204                     // actually *required* if the user specified *all*
1205                     // IO errors, but is probably what we want in every
1206                     // case).
1207                     //
1208                     // 2) If the user didn't actually specify a constructor
1209                     // in this arm, e.g., in
1210                     // ```
1211                     //     let x: (Direction, Direction, bool) = ...;
1212                     //     let (_, _, false) = x;
1213                     // ```
1214                     // we don't want to show all 16 possible witnesses
1215                     // `(<direction-1>, <direction-2>, true)` - we are
1216                     // satisfied with `(_, _, true)`. In this case,
1217                     // `used_ctors` is empty.
1218                     let new_witnesses = if is_non_exhaustive || used_ctors.is_empty() {
1219                         // All constructors are unused. Add wild patterns
1220                         // rather than each individual constructor.
1221                         pats.into_iter().map(|mut witness| {
1222                             witness.0.push(Pattern {
1223                                 ty: pcx.ty,
1224                                 span: DUMMY_SP,
1225                                 kind: box PatternKind::Wild,
1226                             });
1227                             witness
1228                         }).collect()
1229                     } else {
1230                         let expensive_missing_ctors =
1231                             compute_missing_ctors(MissingCtorsInfo::Ctors, cx.tcx, &all_ctors,
1232                                                   &used_ctors);
1233                         if let MissingCtors::Ctors(missing_ctors) = expensive_missing_ctors {
1234                             pats.into_iter().flat_map(|witness| {
1235                                 missing_ctors.iter().map(move |ctor| {
1236                                     // Extends the witness with a "wild" version of this
1237                                     // constructor, that matches everything that can be built with
1238                                     // it. For example, if `ctor` is a `Constructor::Variant` for
1239                                     // `Option::Some`, this pushes the witness for `Some(_)`.
1240                                     witness.clone().push_wild_constructor(cx, ctor, pcx.ty)
1241                                 })
1242                             }).collect()
1243                         } else {
1244                             bug!("cheap missing ctors")
1245                         }
1246                     };
1247                     UsefulWithWitness(new_witnesses)
1248                 }
1249                 result => result
1250             }
1251         }
1252     }
1253 }
1254
1255 /// A shorthand for the `U(S(c, P), S(c, q))` operation from the paper. I.e., `is_useful` applied
1256 /// to the specialised version of both the pattern matrix `P` and the new pattern `q`.
1257 fn is_useful_specialized<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a>(
1258     cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1259     &Matrix(ref m): &Matrix<'p, 'tcx>,
1260     v: &[&Pattern<'tcx>],
1261     ctor: Constructor<'tcx>,
1262     lty: Ty<'tcx>,
1263     witness: WitnessPreference,
1264 ) -> Usefulness<'tcx> {
1265     debug!("is_useful_specialized({:#?}, {:#?}, {:?})", v, ctor, lty);
1266     let sub_pat_tys = constructor_sub_pattern_tys(cx, &ctor, lty);
1267     let wild_patterns_owned: Vec<_> = sub_pat_tys.iter().map(|ty| {
1268         Pattern {
1269             ty,
1270             span: DUMMY_SP,
1271             kind: box PatternKind::Wild,
1272         }
1273     }).collect();
1274     let wild_patterns: Vec<_> = wild_patterns_owned.iter().collect();
1275     let matrix = Matrix(m.iter().flat_map(|r| {
1276         specialize(cx, &r, &ctor, &wild_patterns)
1277     }).collect());
1278     match specialize(cx, v, &ctor, &wild_patterns) {
1279         Some(v) => match is_useful(cx, &matrix, &v, witness) {
1280             UsefulWithWitness(witnesses) => UsefulWithWitness(
1281                 witnesses.into_iter()
1282                     .map(|witness| witness.apply_constructor(cx, &ctor, lty))
1283                     .collect()
1284             ),
1285             result => result
1286         }
1287         None => NotUseful
1288     }
1289 }
1290
1291 /// Determines the constructors that the given pattern can be specialized to.
1292 ///
1293 /// In most cases, there's only one constructor that a specific pattern
1294 /// represents, such as a specific enum variant or a specific literal value.
1295 /// Slice patterns, however, can match slices of different lengths. For instance,
1296 /// `[a, b, ..tail]` can match a slice of length 2, 3, 4 and so on.
1297 ///
1298 /// Returns `None` in case of a catch-all, which can't be specialized.
1299 fn pat_constructors<'tcx>(cx: &mut MatchCheckCtxt<'_, 'tcx>,
1300                           pat: &Pattern<'tcx>,
1301                           pcx: PatternContext<'_>)
1302                           -> Option<Vec<Constructor<'tcx>>>
1303 {
1304     match *pat.kind {
1305         PatternKind::AscribeUserType { ref subpattern, .. } =>
1306             pat_constructors(cx, subpattern, pcx),
1307         PatternKind::Binding { .. } | PatternKind::Wild => None,
1308         PatternKind::Leaf { .. } | PatternKind::Deref { .. } => Some(vec![Single]),
1309         PatternKind::Variant { adt_def, variant_index, .. } => {
1310             Some(vec![Variant(adt_def.variants[variant_index].did)])
1311         }
1312         PatternKind::Constant { value } => Some(vec![ConstantValue(value)]),
1313         PatternKind::Range(PatternRange { lo, hi, ty, end }) =>
1314             Some(vec![ConstantRange(
1315                 lo.to_bits(cx.tcx, ty::ParamEnv::empty().and(ty)).unwrap(),
1316                 hi.to_bits(cx.tcx, ty::ParamEnv::empty().and(ty)).unwrap(),
1317                 ty,
1318                 end,
1319             )]),
1320         PatternKind::Array { .. } => match pcx.ty.sty {
1321             ty::Array(_, length) => Some(vec![
1322                 Slice(length.unwrap_usize(cx.tcx))
1323             ]),
1324             _ => span_bug!(pat.span, "bad ty {:?} for array pattern", pcx.ty)
1325         },
1326         PatternKind::Slice { ref prefix, ref slice, ref suffix } => {
1327             let pat_len = prefix.len() as u64 + suffix.len() as u64;
1328             if slice.is_some() {
1329                 Some((pat_len..pcx.max_slice_length+1).map(Slice).collect())
1330             } else {
1331                 Some(vec![Slice(pat_len)])
1332             }
1333         }
1334     }
1335 }
1336
1337 /// This computes the arity of a constructor. The arity of a constructor
1338 /// is how many subpattern patterns of that constructor should be expanded to.
1339 ///
1340 /// For instance, a tuple pattern `(_, 42, Some([]))` has the arity of 3.
1341 /// A struct pattern's arity is the number of fields it contains, etc.
1342 fn constructor_arity(cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>, ctor: &Constructor<'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> u64 {
1343     debug!("constructor_arity({:#?}, {:?})", ctor, ty);
1344     match ty.sty {
1345         ty::Tuple(ref fs) => fs.len() as u64,
1346         ty::Slice(..) | ty::Array(..) => match *ctor {
1347             Slice(length) => length,
1348             ConstantValue(_) => 0,
1349             _ => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", ctor, ty)
1350         }
1351         ty::Ref(..) => 1,
1352         ty::Adt(adt, _) => {
1353             adt.variants[ctor.variant_index_for_adt(cx, adt)].fields.len() as u64
1354         }
1355         _ => 0
1356     }
1357 }
1358
1359 /// This computes the types of the sub patterns that a constructor should be
1360 /// expanded to.
1361 ///
1362 /// For instance, a tuple pattern (43u32, 'a') has sub pattern types [u32, char].
1363 fn constructor_sub_pattern_tys<'a, 'tcx: 'a>(cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1364                                              ctor: &Constructor<'tcx>,
1365                                              ty: Ty<'tcx>) -> Vec<Ty<'tcx>>
1366 {
1367     debug!("constructor_sub_pattern_tys({:#?}, {:?})", ctor, ty);
1368     match ty.sty {
1369         ty::Tuple(ref fs) => fs.into_iter().map(|t| *t).collect(),
1370         ty::Slice(ty) | ty::Array(ty, _) => match *ctor {
1371             Slice(length) => (0..length).map(|_| ty).collect(),
1372             ConstantValue(_) => vec![],
1373             _ => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", ctor, ty)
1374         }
1375         ty::Ref(_, rty, _) => vec![rty],
1376         ty::Adt(adt, substs) => {
1377             if adt.is_box() {
1378                 // Use T as the sub pattern type of Box<T>.
1379                 vec![substs.type_at(0)]
1380             } else {
1381                 adt.variants[ctor.variant_index_for_adt(cx, adt)].fields.iter().map(|field| {
1382                     let is_visible = adt.is_enum()
1383                         || field.vis.is_accessible_from(cx.module, cx.tcx);
1384                     if is_visible {
1385                         let ty = field.ty(cx.tcx, substs);
1386                         match ty.sty {
1387                             // If the field type returned is an array of an unknown
1388                             // size return an TyErr.
1389                             ty::Array(_, len) if len.assert_usize(cx.tcx).is_none() =>
1390                                 cx.tcx.types.err,
1391                             _ => ty,
1392                         }
1393                     } else {
1394                         // Treat all non-visible fields as TyErr. They
1395                         // can't appear in any other pattern from
1396                         // this match (because they are private),
1397                         // so their type does not matter - but
1398                         // we don't want to know they are
1399                         // uninhabited.
1400                         cx.tcx.types.err
1401                     }
1402                 }).collect()
1403             }
1404         }
1405         _ => vec![],
1406     }
1407 }
1408
1409 // checks whether a constant is equal to a user-written slice pattern. Only supports byte slices,
1410 // meaning all other types will compare unequal and thus equal patterns often do not cause the
1411 // second pattern to lint about unreachable match arms.
1412 fn slice_pat_covered_by_const<'tcx>(
1413     tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, '_>,
1414     _span: Span,
1415     const_val: ty::Const<'tcx>,
1416     prefix: &[Pattern<'tcx>],
1417     slice: &Option<Pattern<'tcx>>,
1418     suffix: &[Pattern<'tcx>]
1419 ) -> Result<bool, ErrorReported> {
1420     let data: &[u8] = match (const_val.val, &const_val.ty.sty) {
1421         (ConstValue::ByRef(ptr, alloc), ty::Array(t, n)) => {
1422             if *t != tcx.types.u8 {
1423                 // FIXME(oli-obk): can't mix const patterns with slice patterns and get
1424                 // any sort of exhaustiveness/unreachable check yet
1425                 // This solely means that we don't lint about unreachable patterns, even if some
1426                 // are definitely unreachable.
1427                 return Ok(false);
1428             }
1429             let n = n.assert_usize(tcx).unwrap();
1430             alloc.get_bytes(&tcx, ptr, Size::from_bytes(n)).unwrap()
1431         },
1432         // a slice fat pointer to a zero length slice
1433         (ConstValue::Slice(Scalar::Bits { .. }, 0), ty::Slice(t)) => {
1434             if *t != tcx.types.u8 {
1435                 // FIXME(oli-obk): can't mix const patterns with slice patterns and get
1436                 // any sort of exhaustiveness/unreachable check yet
1437                 // This solely means that we don't lint about unreachable patterns, even if some
1438                 // are definitely unreachable.
1439                 return Ok(false);
1440             }
1441             &[]
1442         },
1443         //
1444         (ConstValue::Slice(Scalar::Ptr(ptr), n), ty::Slice(t)) => {
1445             if *t != tcx.types.u8 {
1446                 // FIXME(oli-obk): can't mix const patterns with slice patterns and get
1447                 // any sort of exhaustiveness/unreachable check yet
1448                 // This solely means that we don't lint about unreachable patterns, even if some
1449                 // are definitely unreachable.
1450                 return Ok(false);
1451             }
1452             tcx.alloc_map
1453                 .lock()
1454                 .unwrap_memory(ptr.alloc_id)
1455                 .get_bytes(&tcx, ptr, Size::from_bytes(n))
1456                 .unwrap()
1457         },
1458         _ => bug!(
1459             "slice_pat_covered_by_const: {:#?}, {:#?}, {:#?}, {:#?}",
1460             const_val, prefix, slice, suffix,
1461         ),
1462     };
1463
1464     let pat_len = prefix.len() + suffix.len();
1465     if data.len() < pat_len || (slice.is_none() && data.len() > pat_len) {
1466         return Ok(false);
1467     }
1468
1469     for (ch, pat) in
1470         data[..prefix.len()].iter().zip(prefix).chain(
1471             data[data.len()-suffix.len()..].iter().zip(suffix))
1472     {
1473         match pat.kind {
1474             box PatternKind::Constant { value } => {
1475                 let b = value.unwrap_bits(tcx, ty::ParamEnv::empty().and(pat.ty));
1476                 assert_eq!(b as u8 as u128, b);
1477                 if b as u8 != *ch {
1478                     return Ok(false);
1479                 }
1480             }
1481             _ => {}
1482         }
1483     }
1484
1485     Ok(true)
1486 }
1487
1488 // Whether to evaluate a constructor using exhaustive integer matching. This is true if the
1489 // constructor is a range or constant with an integer type.
1490 fn should_treat_range_exhaustively(tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>, ctor: &Constructor<'tcx>) -> bool {
1491     let ty = match ctor {
1492         ConstantValue(value) => value.ty,
1493         ConstantRange(_, _, ty, _) => ty,
1494         _ => return false,
1495     };
1496     if let ty::Char | ty::Int(_) | ty::Uint(_) = ty.sty {
1497         !ty.is_pointer_sized() || tcx.features().precise_pointer_size_matching
1498     } else {
1499         false
1500     }
1501 }
1502
1503 /// For exhaustive integer matching, some constructors are grouped within other constructors
1504 /// (namely integer typed values are grouped within ranges). However, when specialising these
1505 /// constructors, we want to be specialising for the underlying constructors (the integers), not
1506 /// the groups (the ranges). Thus we need to split the groups up. Splitting them up naïvely would
1507 /// mean creating a separate constructor for every single value in the range, which is clearly
1508 /// impractical. However, observe that for some ranges of integers, the specialisation will be
1509 /// identical across all values in that range (i.e., there are equivalence classes of ranges of
1510 /// constructors based on their `is_useful_specialized` outcome). These classes are grouped by
1511 /// the patterns that apply to them (in the matrix `P`). We can split the range whenever the
1512 /// patterns that apply to that range (specifically: the patterns that *intersect* with that range)
1513 /// change.
1514 /// Our solution, therefore, is to split the range constructor into subranges at every single point
1515 /// the group of intersecting patterns changes (using the method described below).
1516 /// And voilà! We're testing precisely those ranges that we need to, without any exhaustive matching
1517 /// on actual integers. The nice thing about this is that the number of subranges is linear in the
1518 /// number of rows in the matrix (i.e., the number of cases in the `match` statement), so we don't
1519 /// need to be worried about matching over gargantuan ranges.
1520 ///
1521 /// Essentially, given the first column of a matrix representing ranges, looking like the following:
1522 ///
1523 /// |------|  |----------| |-------|    ||
1524 ///    |-------| |-------|            |----| ||
1525 ///       |---------|
1526 ///
1527 /// We split the ranges up into equivalence classes so the ranges are no longer overlapping:
1528 ///
1529 /// |--|--|||-||||--||---|||-------|  |-|||| ||
1530 ///
1531 /// The logic for determining how to split the ranges is fairly straightforward: we calculate
1532 /// boundaries for each interval range, sort them, then create constructors for each new interval
1533 /// between every pair of boundary points. (This essentially sums up to performing the intuitive
1534 /// merging operation depicted above.)
1535 fn split_grouped_constructors<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a>(
1536     tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
1537     ctors: Vec<Constructor<'tcx>>,
1538     &Matrix(ref m): &Matrix<'p, 'tcx>,
1539     ty: Ty<'tcx>,
1540 ) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
1541     let mut split_ctors = Vec::with_capacity(ctors.len());
1542
1543     for ctor in ctors.into_iter() {
1544         match ctor {
1545             // For now, only ranges may denote groups of "subconstructors", so we only need to
1546             // special-case constant ranges.
1547             ConstantRange(..) if should_treat_range_exhaustively(tcx, &ctor) => {
1548                 // We only care about finding all the subranges within the range of the constructor
1549                 // range. Anything else is irrelevant, because it is guaranteed to result in
1550                 // `NotUseful`, which is the default case anyway, and can be ignored.
1551                 let ctor_range = IntRange::from_ctor(tcx, &ctor).unwrap();
1552
1553                 /// Represents a border between 2 integers. Because the intervals spanning borders
1554                 /// must be able to cover every integer, we need to be able to represent
1555                 /// 2^128 + 1 such borders.
1556                 #[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord)]
1557                 enum Border {
1558                     JustBefore(u128),
1559                     AfterMax,
1560                 }
1561
1562                 // A function for extracting the borders of an integer interval.
1563                 fn range_borders(r: IntRange<'_>) -> impl Iterator<Item = Border> {
1564                     let (lo, hi) = r.range.into_inner();
1565                     let from = Border::JustBefore(lo);
1566                     let to = match hi.checked_add(1) {
1567                         Some(m) => Border::JustBefore(m),
1568                         None => Border::AfterMax,
1569                     };
1570                     vec![from, to].into_iter()
1571                 }
1572
1573                 // `borders` is the set of borders between equivalence classes: each equivalence
1574                 // class lies between 2 borders.
1575                 let row_borders = m.iter()
1576                     .flat_map(|row| IntRange::from_pat(tcx, row[0]))
1577                     .flat_map(|range| ctor_range.intersection(&range))
1578                     .flat_map(|range| range_borders(range));
1579                 let ctor_borders = range_borders(ctor_range.clone());
1580                 let mut borders: Vec<_> = row_borders.chain(ctor_borders).collect();
1581                 borders.sort_unstable();
1582
1583                 // We're going to iterate through every pair of borders, making sure that each
1584                 // represents an interval of nonnegative length, and convert each such interval
1585                 // into a constructor.
1586                 for IntRange { range, .. } in borders.windows(2).filter_map(|window| {
1587                     match (window[0], window[1]) {
1588                         (Border::JustBefore(n), Border::JustBefore(m)) => {
1589                             if n < m {
1590                                 Some(IntRange { range: n..=(m - 1), ty })
1591                             } else {
1592                                 None
1593                             }
1594                         }
1595                         (Border::JustBefore(n), Border::AfterMax) => {
1596                             Some(IntRange { range: n..=u128::MAX, ty })
1597                         }
1598                         (Border::AfterMax, _) => None,
1599                     }
1600                 }) {
1601                     split_ctors.push(IntRange::range_to_ctor(tcx, ty, range));
1602                 }
1603             }
1604             // Any other constructor can be used unchanged.
1605             _ => split_ctors.push(ctor),
1606         }
1607     }
1608
1609     split_ctors
1610 }
1611
1612 /// Checks whether there exists any shared value in either `ctor` or `pat` by intersecting them.
1613 fn constructor_intersects_pattern<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a>(
1614     tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
1615     ctor: &Constructor<'tcx>,
1616     pat: &'p Pattern<'tcx>,
1617 ) -> Option<SmallVec<[&'p Pattern<'tcx>; 2]>> {
1618     if should_treat_range_exhaustively(tcx, ctor) {
1619         match (IntRange::from_ctor(tcx, ctor), IntRange::from_pat(tcx, pat)) {
1620             (Some(ctor), Some(pat)) => {
1621                 ctor.intersection(&pat).map(|_| {
1622                     let (pat_lo, pat_hi) = pat.range.into_inner();
1623                     let (ctor_lo, ctor_hi) = ctor.range.into_inner();
1624                     assert!(pat_lo <= ctor_lo && ctor_hi <= pat_hi);
1625                     smallvec![]
1626                 })
1627             }
1628             _ => None,
1629         }
1630     } else {
1631         // Fallback for non-ranges and ranges that involve floating-point numbers, which are not
1632         // conveniently handled by `IntRange`. For these cases, the constructor may not be a range
1633         // so intersection actually devolves into being covered by the pattern.
1634         match constructor_covered_by_range(tcx, ctor, pat) {
1635             Ok(true) => Some(smallvec![]),
1636             Ok(false) | Err(ErrorReported) => None,
1637         }
1638     }
1639 }
1640
1641 fn constructor_covered_by_range<'a, 'tcx>(
1642     tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
1643     ctor: &Constructor<'tcx>,
1644     pat: &Pattern<'tcx>,
1645 ) -> Result<bool, ErrorReported> {
1646     let (from, to, end, ty) = match pat.kind {
1647         box PatternKind::Constant { value } => (value, value, RangeEnd::Included, value.ty),
1648         box PatternKind::Range(PatternRange { lo, hi, end, ty }) => (lo, hi, end, ty),
1649         _ => bug!("`constructor_covered_by_range` called with {:?}", pat),
1650     };
1651     trace!("constructor_covered_by_range {:#?}, {:#?}, {:#?}, {}", ctor, from, to, ty);
1652     let cmp_from = |c_from| compare_const_vals(tcx, c_from, from, ty::ParamEnv::empty().and(ty))
1653         .map(|res| res != Ordering::Less);
1654     let cmp_to = |c_to| compare_const_vals(tcx, c_to, to, ty::ParamEnv::empty().and(ty));
1655     macro_rules! some_or_ok {
1656         ($e:expr) => {
1657             match $e {
1658                 Some(to) => to,
1659                 None => return Ok(false), // not char or int
1660             }
1661         };
1662     }
1663     match *ctor {
1664         ConstantValue(value) => {
1665             let to = some_or_ok!(cmp_to(value));
1666             let end = (to == Ordering::Less) ||
1667                       (end == RangeEnd::Included && to == Ordering::Equal);
1668             Ok(some_or_ok!(cmp_from(value)) && end)
1669         },
1670         ConstantRange(from, to, ty, RangeEnd::Included) => {
1671             let to = some_or_ok!(cmp_to(ty::Const::from_bits(
1672                 tcx,
1673                 to,
1674                 ty::ParamEnv::empty().and(ty),
1675             )));
1676             let end = (to == Ordering::Less) ||
1677                       (end == RangeEnd::Included && to == Ordering::Equal);
1678             Ok(some_or_ok!(cmp_from(ty::Const::from_bits(
1679                 tcx,
1680                 from,
1681                 ty::ParamEnv::empty().and(ty),
1682             ))) && end)
1683         },
1684         ConstantRange(from, to, ty, RangeEnd::Excluded) => {
1685             let to = some_or_ok!(cmp_to(ty::Const::from_bits(
1686                 tcx,
1687                 to,
1688                 ty::ParamEnv::empty().and(ty)
1689             )));
1690             let end = (to == Ordering::Less) ||
1691                       (end == RangeEnd::Excluded && to == Ordering::Equal);
1692             Ok(some_or_ok!(cmp_from(ty::Const::from_bits(
1693                 tcx,
1694                 from,
1695                 ty::ParamEnv::empty().and(ty)))
1696             ) && end)
1697         }
1698         Single => Ok(true),
1699         _ => bug!(),
1700     }
1701 }
1702
1703 fn patterns_for_variant<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a>(
1704     subpatterns: &'p [FieldPattern<'tcx>],
1705     wild_patterns: &[&'p Pattern<'tcx>])
1706     -> SmallVec<[&'p Pattern<'tcx>; 2]>
1707 {
1708     let mut result = SmallVec::from_slice(wild_patterns);
1709
1710     for subpat in subpatterns {
1711         result[subpat.field.index()] = &subpat.pattern;
1712     }
1713
1714     debug!("patterns_for_variant({:#?}, {:#?}) = {:#?}", subpatterns, wild_patterns, result);
1715     result
1716 }
1717
1718 /// This is the main specialization step. It expands the first pattern in the given row
1719 /// into `arity` patterns based on the constructor. For most patterns, the step is trivial,
1720 /// for instance tuple patterns are flattened and box patterns expand into their inner pattern.
1721 ///
1722 /// OTOH, slice patterns with a subslice pattern (..tail) can be expanded into multiple
1723 /// different patterns.
1724 /// Structure patterns with a partial wild pattern (Foo { a: 42, .. }) have their missing
1725 /// fields filled with wild patterns.
1726 fn specialize<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a>(
1727     cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1728     r: &[&'p Pattern<'tcx>],
1729     constructor: &Constructor<'tcx>,
1730     wild_patterns: &[&'p Pattern<'tcx>],
1731 ) -> Option<SmallVec<[&'p Pattern<'tcx>; 2]>> {
1732     let pat = &r[0];
1733
1734     let head = match *pat.kind {
1735         PatternKind::AscribeUserType { ref subpattern, .. } => {
1736             specialize(cx, ::std::slice::from_ref(&subpattern), constructor, wild_patterns)
1737         }
1738
1739         PatternKind::Binding { .. } | PatternKind::Wild => {
1740             Some(SmallVec::from_slice(wild_patterns))
1741         }
1742
1743         PatternKind::Variant { adt_def, variant_index, ref subpatterns, .. } => {
1744             let ref variant = adt_def.variants[variant_index];
1745             if *constructor == Variant(variant.did) {
1746                 Some(patterns_for_variant(subpatterns, wild_patterns))
1747             } else {
1748                 None
1749             }
1750         }
1751
1752         PatternKind::Leaf { ref subpatterns } => {
1753             Some(patterns_for_variant(subpatterns, wild_patterns))
1754         }
1755
1756         PatternKind::Deref { ref subpattern } => {
1757             Some(smallvec![subpattern])
1758         }
1759
1760         PatternKind::Constant { value } => {
1761             match *constructor {
1762                 Slice(..) => {
1763                     // we extract an `Option` for the pointer because slices of zero elements don't
1764                     // necessarily point to memory, they are usually just integers. The only time
1765                     // they should be pointing to memory is when they are subslices of nonzero
1766                     // slices
1767                     let (opt_ptr, n, ty) = match value.ty.sty {
1768                         ty::TyKind::Array(t, n) => {
1769                             match value.val {
1770                                 ConstValue::ByRef(ptr, alloc) => (
1771                                     Some((ptr, alloc)),
1772                                     n.unwrap_usize(cx.tcx),
1773                                     t,
1774                                 ),
1775                                 _ => span_bug!(
1776                                     pat.span,
1777                                     "array pattern is {:?}", value,
1778                                 ),
1779                             }
1780                         },
1781                         ty::TyKind::Slice(t) => {
1782                             match value.val {
1783                                 ConstValue::Slice(ptr, n) => (
1784                                     ptr.to_ptr().ok().map(|ptr| (
1785                                         ptr,
1786                                         cx.tcx.alloc_map.lock().unwrap_memory(ptr.alloc_id),
1787                                     )),
1788                                     n,
1789                                     t,
1790                                 ),
1791                                 _ => span_bug!(
1792                                     pat.span,
1793                                     "slice pattern constant must be scalar pair but is {:?}",
1794                                     value,
1795                                 ),
1796                             }
1797                         },
1798                         _ => span_bug!(
1799                             pat.span,
1800                             "unexpected const-val {:?} with ctor {:?}",
1801                             value,
1802                             constructor,
1803                         ),
1804                     };
1805                     if wild_patterns.len() as u64 == n {
1806                         // convert a constant slice/array pattern to a list of patterns.
1807                         match (n, opt_ptr) {
1808                             (0, _) => Some(SmallVec::new()),
1809                             (_, Some((ptr, alloc))) => {
1810                                 let layout = cx.tcx.layout_of(cx.param_env.and(ty)).ok()?;
1811                                 (0..n).map(|i| {
1812                                     let ptr = ptr.offset(layout.size * i, &cx.tcx).ok()?;
1813                                     let scalar = alloc.read_scalar(
1814                                         &cx.tcx, ptr, layout.size,
1815                                     ).ok()?;
1816                                     let scalar = scalar.not_undef().ok()?;
1817                                     let value = ty::Const::from_scalar(scalar, ty);
1818                                     let pattern = Pattern {
1819                                         ty,
1820                                         span: pat.span,
1821                                         kind: box PatternKind::Constant { value },
1822                                     };
1823                                     Some(&*cx.pattern_arena.alloc(pattern))
1824                                 }).collect()
1825                             },
1826                             (_, None) => span_bug!(
1827                                 pat.span,
1828                                 "non zero length slice with const-val {:?}",
1829                                 value,
1830                             ),
1831                         }
1832                     } else {
1833                         None
1834                     }
1835                 }
1836                 _ => {
1837                     // If the constructor is a:
1838                     //      Single value: add a row if the constructor equals the pattern.
1839                     //      Range: add a row if the constructor contains the pattern.
1840                     constructor_intersects_pattern(cx.tcx, constructor, pat)
1841                 }
1842             }
1843         }
1844
1845         PatternKind::Range { .. } => {
1846             // If the constructor is a:
1847             //      Single value: add a row if the pattern contains the constructor.
1848             //      Range: add a row if the constructor intersects the pattern.
1849             constructor_intersects_pattern(cx.tcx, constructor, pat)
1850         }
1851
1852         PatternKind::Array { ref prefix, ref slice, ref suffix } |
1853         PatternKind::Slice { ref prefix, ref slice, ref suffix } => {
1854             match *constructor {
1855                 Slice(..) => {
1856                     let pat_len = prefix.len() + suffix.len();
1857                     if let Some(slice_count) = wild_patterns.len().checked_sub(pat_len) {
1858                         if slice_count == 0 || slice.is_some() {
1859                             Some(prefix.iter().chain(
1860                                     wild_patterns.iter().map(|p| *p)
1861                                                  .skip(prefix.len())
1862                                                  .take(slice_count)
1863                                                  .chain(suffix.iter())
1864                             ).collect())
1865                         } else {
1866                             None
1867                         }
1868                     } else {
1869                         None
1870                     }
1871                 }
1872                 ConstantValue(cv) => {
1873                     match slice_pat_covered_by_const(cx.tcx, pat.span, cv, prefix, slice, suffix) {
1874                         Ok(true) => Some(smallvec![]),
1875                         Ok(false) => None,
1876                         Err(ErrorReported) => None
1877                     }
1878                 }
1879                 _ => span_bug!(pat.span,
1880                     "unexpected ctor {:?} for slice pat", constructor)
1881             }
1882         }
1883     };
1884     debug!("specialize({:#?}, {:#?}) = {:#?}", r[0], wild_patterns, head);
1885
1886     head.map(|mut head| {
1887         head.extend_from_slice(&r[1 ..]);
1888         head
1889     })
1890 }