]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc_mir/hair/pattern/_match.rs
Simplify lifetimes by allocating patterns on the arena
[rust.git] / src / librustc_mir / hair / pattern / _match.rs
1 /// Note: most tests relevant to this file can be found (at the time of writing)
2 /// in src/tests/ui/pattern/usefulness.
3 ///
4 /// This file includes the logic for exhaustiveness and usefulness checking for
5 /// pattern-matching. Specifically, given a list of patterns for a type, we can
6 /// tell whether:
7 /// (a) the patterns cover every possible constructor for the type [exhaustiveness]
8 /// (b) each pattern is necessary [usefulness]
9 ///
10 /// The algorithm implemented here is a modified version of the one described in:
11 /// http://moscova.inria.fr/~maranget/papers/warn/index.html
12 /// However, to save future implementors from reading the original paper, we
13 /// summarise the algorithm here to hopefully save time and be a little clearer
14 /// (without being so rigorous).
15 ///
16 /// The core of the algorithm revolves about a "usefulness" check. In particular, we
17 /// are trying to compute a predicate `U(P, p)` where `P` is a list of patterns (we refer to this as
18 /// a matrix). `U(P, p)` represents whether, given an existing list of patterns
19 /// `P_1 ..= P_m`, adding a new pattern `p` will be "useful" (that is, cover previously-
20 /// uncovered values of the type).
21 ///
22 /// If we have this predicate, then we can easily compute both exhaustiveness of an
23 /// entire set of patterns and the individual usefulness of each one.
24 /// (a) the set of patterns is exhaustive iff `U(P, _)` is false (i.e., adding a wildcard
25 /// match doesn't increase the number of values we're matching)
26 /// (b) a pattern `P_i` is not useful if `U(P[0..=(i-1), P_i)` is false (i.e., adding a
27 /// pattern to those that have come before it doesn't increase the number of values
28 /// we're matching).
29 ///
30 /// During the course of the algorithm, the rows of the matrix won't just be individual patterns,
31 /// but rather partially-deconstructed patterns in the form of a list of patterns. The paper
32 /// calls those pattern-vectors, and we will call them pattern-stacks. The same holds for the
33 /// new pattern `p`.
34 ///
35 /// For example, say we have the following:
36 /// ```
37 ///     // x: (Option<bool>, Result<()>)
38 ///     match x {
39 ///         (Some(true), _) => {}
40 ///         (None, Err(())) => {}
41 ///         (None, Err(_)) => {}
42 ///     }
43 /// ```
44 /// Here, the matrix `P` starts as:
45 /// [
46 ///     [(Some(true), _)],
47 ///     [(None, Err(()))],
48 ///     [(None, Err(_))],
49 /// ]
50 /// We can tell it's not exhaustive, because `U(P, _)` is true (we're not covering
51 /// `[(Some(false), _)]`, for instance). In addition, row 3 is not useful, because
52 /// all the values it covers are already covered by row 2.
53 ///
54 /// A list of patterns can be thought of as a stack, because we are mainly interested in the top of
55 /// the stack at any given point, and we can pop or apply constructors to get new pattern-stacks.
56 /// To match the paper, the top of the stack is at the beginning / on the left.
57 ///
58 /// There are two important operations on pattern-stacks necessary to understand the algorithm:
59 ///     1. We can pop a given constructor off the top of a stack. This operation is called
60 ///        `specialize`, and is denoted `S(c, p)` where `c` is a constructor (like `Some` or
61 ///        `None`) and `p` a pattern-stack.
62 ///        If the pattern on top of the stack can cover `c`, this removes the constructor and
63 ///        pushes its arguments onto the stack. It also expands OR-patterns into distinct patterns.
64 ///        Otherwise the pattern-stack is discarded.
65 ///        This essentially filters those pattern-stacks whose top covers the constructor `c` and
66 ///        discards the others.
67 ///
68 ///        For example, the first pattern above initially gives a stack `[(Some(true), _)]`. If we
69 ///        pop the tuple constructor, we are left with `[Some(true), _]`, and if we then pop the
70 ///        `Some` constructor we get `[true, _]`. If we had popped `None` instead, we would get
71 ///        nothing back.
72 ///
73 ///        This returns zero or more new pattern-stacks, as follows. We look at the pattern `p_1`
74 ///        on top of the stack, and we have four cases:
75 ///             1.1. `p_1 = c(r_1, .., r_a)`, i.e. the top of the stack has constructor `c`. We
76 ///                  push onto the stack the arguments of this constructor, and return the result:
77 ///                     r_1, .., r_a, p_2, .., p_n
78 ///             1.2. `p_1 = c'(r_1, .., r_a')` where `c ≠ c'`. We discard the current stack and
79 ///                  return nothing.
80 ///             1.3. `p_1 = _`. We push onto the stack as many wildcards as the constructor `c` has
81 ///                  arguments (its arity), and return the resulting stack:
82 ///                     _, .., _, p_2, .., p_n
83 ///             1.4. `p_1 = r_1 | r_2`. We expand the OR-pattern and then recurse on each resulting
84 ///                  stack:
85 ///                     S(c, (r_1, p_2, .., p_n))
86 ///                     S(c, (r_2, p_2, .., p_n))
87 ///
88 ///     2. We can pop a wildcard off the top of the stack. This is called `D(p)`, where `p` is
89 ///        a pattern-stack.
90 ///        This is used when we know there are missing constructor cases, but there might be
91 ///        existing wildcard patterns, so to check the usefulness of the matrix, we have to check
92 ///        all its *other* components.
93 ///
94 ///        It is computed as follows. We look at the pattern `p_1` on top of the stack,
95 ///        and we have three cases:
96 ///             1.1. `p_1 = c(r_1, .., r_a)`. We discard the current stack and return nothing.
97 ///             1.2. `p_1 = _`. We return the rest of the stack:
98 ///                     p_2, .., p_n
99 ///             1.3. `p_1 = r_1 | r_2`. We expand the OR-pattern and then recurse on each resulting
100 ///               stack.
101 ///                     D((r_1, p_2, .., p_n))
102 ///                     D((r_2, p_2, .., p_n))
103 ///
104 ///     Note that the OR-patterns are not always used directly in Rust, but are used to derive the
105 ///     exhaustive integer matching rules, so they're written here for posterity.
106 ///
107 /// Both those operations extend straightforwardly to a list or pattern-stacks, i.e. a matrix, by
108 /// working row-by-row. Popping a constructor ends up keeping only the matrix rows that start with
109 /// the given constructor, and popping a wildcard keeps those rows that start with a wildcard.
110 ///
111 ///
112 /// The algorithm for computing `U`
113 /// -------------------------------
114 /// The algorithm is inductive (on the number of columns: i.e., components of tuple patterns).
115 /// That means we're going to check the components from left-to-right, so the algorithm
116 /// operates principally on the first component of the matrix and new pattern-stack `p`.
117 /// This algorithm is realised in the `is_useful` function.
118 ///
119 /// Base case. (`n = 0`, i.e., an empty tuple pattern)
120 ///     - If `P` already contains an empty pattern (i.e., if the number of patterns `m > 0`),
121 ///       then `U(P, p)` is false.
122 ///     - Otherwise, `P` must be empty, so `U(P, p)` is true.
123 ///
124 /// Inductive step. (`n > 0`, i.e., whether there's at least one column
125 ///                  [which may then be expanded into further columns later])
126 ///     We're going to match on the top of the new pattern-stack, `p_1`.
127 ///         - If `p_1 == c(r_1, .., r_a)`, i.e. we have a constructor pattern.
128 ///           Then, the usefulness of `p_1` can be reduced to whether it is useful when
129 ///           we ignore all the patterns in the first column of `P` that involve other constructors.
130 ///           This is where `S(c, P)` comes in:
131 ///           `U(P, p) := U(S(c, P), S(c, p))`
132 ///           This special case is handled in `is_useful_specialized`.
133 ///
134 ///           For example, if `P` is:
135 ///           [
136 ///               [Some(true), _],
137 ///               [None, 0],
138 ///           ]
139 ///           and `p` is [Some(false), 0], then we don't care about row 2 since we know `p` only
140 ///           matches values that row 2 doesn't. For row 1 however, we need to dig into the
141 ///           arguments of `Some` to know whether some new value is covered. So we compute
142 ///           `U([[true, _]], [false, 0])`.
143 ///
144 ///         - If `p_1 == _`, then we look at the list of constructors that appear in the first
145 ///               component of the rows of `P`:
146 ///             + If there are some constructors that aren't present, then we might think that the
147 ///               wildcard `_` is useful, since it covers those constructors that weren't covered
148 ///               before.
149 ///               That's almost correct, but only works if there were no wildcards in those first
150 ///               components. So we need to check that `p` is useful with respect to the rows that
151 ///               start with a wildcard, if there are any. This is where `D` comes in:
152 ///               `U(P, p) := U(D(P), D(p))`
153 ///
154 ///               For example, if `P` is:
155 ///               [
156 ///                   [_, true, _],
157 ///                   [None, false, 1],
158 ///               ]
159 ///               and `p` is [_, false, _], the `Some` constructor doesn't appear in `P`. So if we
160 ///               only had row 2, we'd know that `p` is useful. However row 1 starts with a
161 ///               wildcard, so we need to check whether `U([[true, _]], [false, 1])`.
162 ///
163 ///             + Otherwise, all possible constructors (for the relevant type) are present. In this
164 ///               case we must check whether the wildcard pattern covers any unmatched value. For
165 ///               that, we can think of the `_` pattern as a big OR-pattern that covers all
166 ///               possible constructors. For `Option`, that would mean `_ = None | Some(_)` for
167 ///               example. The wildcard pattern is useful in this case if it is useful when
168 ///               specialized to one of the possible constructors. So we compute:
169 ///               `U(P, p) := ∃(k ϵ constructors) U(S(k, P), S(k, p))`
170 ///
171 ///               For example, if `P` is:
172 ///               [
173 ///                   [Some(true), _],
174 ///                   [None, false],
175 ///               ]
176 ///               and `p` is [_, false], both `None` and `Some` constructors appear in the first
177 ///               components of `P`. We will therefore try popping both constructors in turn: we
178 ///               compute U([[true, _]], [_, false]) for the `Some` constructor, and U([[false]],
179 ///               [false]) for the `None` constructor. The first case returns true, so we know that
180 ///               `p` is useful for `P`. Indeed, it matches `[Some(false), _]` that wasn't matched
181 ///               before.
182 ///
183 ///         - If `p_1 == r_1 | r_2`, then the usefulness depends on each `r_i` separately:
184 ///           `U(P, p) := U(P, (r_1, p_2, .., p_n))
185 ///                    || U(P, (r_2, p_2, .., p_n))`
186 ///
187 /// Modifications to the algorithm
188 /// ------------------------------
189 /// The algorithm in the paper doesn't cover some of the special cases that arise in Rust, for
190 /// example uninhabited types and variable-length slice patterns. These are drawn attention to
191 /// throughout the code below. I'll make a quick note here about how exhaustive integer matching is
192 /// accounted for, though.
193 ///
194 /// Exhaustive integer matching
195 /// ---------------------------
196 /// An integer type can be thought of as a (huge) sum type: 1 | 2 | 3 | ...
197 /// So to support exhaustive integer matching, we can make use of the logic in the paper for
198 /// OR-patterns. However, we obviously can't just treat ranges x..=y as individual sums, because
199 /// they are likely gigantic. So we instead treat ranges as constructors of the integers. This means
200 /// that we have a constructor *of* constructors (the integers themselves). We then need to work
201 /// through all the inductive step rules above, deriving how the ranges would be treated as
202 /// OR-patterns, and making sure that they're treated in the same way even when they're ranges.
203 /// There are really only four special cases here:
204 /// - When we match on a constructor that's actually a range, we have to treat it as if we would
205 ///   an OR-pattern.
206 ///     + It turns out that we can simply extend the case for single-value patterns in
207 ///      `specialize` to either be *equal* to a value constructor, or *contained within* a range
208 ///      constructor.
209 ///     + When the pattern itself is a range, you just want to tell whether any of the values in
210 ///       the pattern range coincide with values in the constructor range, which is precisely
211 ///       intersection.
212 ///   Since when encountering a range pattern for a value constructor, we also use inclusion, it
213 ///   means that whenever the constructor is a value/range and the pattern is also a value/range,
214 ///   we can simply use intersection to test usefulness.
215 /// - When we're testing for usefulness of a pattern and the pattern's first component is a
216 ///   wildcard.
217 ///     + If all the constructors appear in the matrix, we have a slight complication. By default,
218 ///       the behaviour (i.e., a disjunction over specialised matrices for each constructor) is
219 ///       invalid, because we want a disjunction over every *integer* in each range, not just a
220 ///       disjunction over every range. This is a bit more tricky to deal with: essentially we need
221 ///       to form equivalence classes of subranges of the constructor range for which the behaviour
222 ///       of the matrix `P` and new pattern `p` are the same. This is described in more
223 ///       detail in `split_grouped_constructors`.
224 ///     + If some constructors are missing from the matrix, it turns out we don't need to do
225 ///       anything special (because we know none of the integers are actually wildcards: i.e., we
226 ///       can't span wildcards using ranges).
227 use self::Constructor::*;
228 use self::SliceKind::*;
229 use self::Usefulness::*;
230 use self::WitnessPreference::*;
231
232 use rustc_data_structures::fx::FxHashMap;
233 use rustc_index::vec::Idx;
234
235 use super::{compare_const_vals, PatternFoldable, PatternFolder};
236 use super::{FieldPat, Pat, PatKind, PatRange};
237
238 use rustc::hir::def_id::DefId;
239 use rustc::hir::{HirId, RangeEnd};
240 use rustc::ty::layout::{Integer, IntegerExt, Size, VariantIdx};
241 use rustc::ty::{self, Const, Ty, TyCtxt, TypeFoldable};
242
243 use rustc::lint;
244 use rustc::mir::interpret::{truncate, AllocId, ConstValue, Pointer, Scalar};
245 use rustc::mir::Field;
246 use rustc::util::captures::Captures;
247 use rustc::util::common::ErrorReported;
248
249 use syntax::attr::{SignedInt, UnsignedInt};
250 use syntax_pos::{Span, DUMMY_SP};
251
252 use arena::TypedArena;
253
254 use smallvec::{smallvec, SmallVec};
255 use std::cmp::{self, max, min, Ordering};
256 use std::convert::TryInto;
257 use std::fmt;
258 use std::iter::{FromIterator, IntoIterator};
259 use std::ops::RangeInclusive;
260 use std::u128;
261
262 pub fn expand_pattern<'a, 'tcx>(cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>, pat: Pat<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
263     LiteralExpander { tcx: cx.tcx }.fold_pattern(&pat)
264 }
265
266 struct LiteralExpander<'tcx> {
267     tcx: TyCtxt<'tcx>,
268 }
269
270 impl LiteralExpander<'tcx> {
271     /// Derefs `val` and potentially unsizes the value if `crty` is an array and `rty` a slice.
272     ///
273     /// `crty` and `rty` can differ because you can use array constants in the presence of slice
274     /// patterns. So the pattern may end up being a slice, but the constant is an array. We convert
275     /// the array to a slice in that case.
276     fn fold_const_value_deref(
277         &mut self,
278         val: ConstValue<'tcx>,
279         // the pattern's pointee type
280         rty: Ty<'tcx>,
281         // the constant's pointee type
282         crty: Ty<'tcx>,
283     ) -> ConstValue<'tcx> {
284         debug!("fold_const_value_deref {:?} {:?} {:?}", val, rty, crty);
285         match (val, &crty.kind, &rty.kind) {
286             // the easy case, deref a reference
287             (ConstValue::Scalar(Scalar::Ptr(p)), x, y) if x == y => {
288                 let alloc = self.tcx.alloc_map.lock().unwrap_memory(p.alloc_id);
289                 ConstValue::ByRef { alloc, offset: p.offset }
290             }
291             // unsize array to slice if pattern is array but match value or other patterns are slice
292             (ConstValue::Scalar(Scalar::Ptr(p)), ty::Array(t, n), ty::Slice(u)) => {
293                 assert_eq!(t, u);
294                 ConstValue::Slice {
295                     data: self.tcx.alloc_map.lock().unwrap_memory(p.alloc_id),
296                     start: p.offset.bytes().try_into().unwrap(),
297                     end: n.eval_usize(self.tcx, ty::ParamEnv::empty()).try_into().unwrap(),
298                 }
299             }
300             // fat pointers stay the same
301             (ConstValue::Slice { .. }, _, _)
302             | (_, ty::Slice(_), ty::Slice(_))
303             | (_, ty::Str, ty::Str) => val,
304             // FIXME(oli-obk): this is reachable for `const FOO: &&&u32 = &&&42;` being used
305             _ => bug!("cannot deref {:#?}, {} -> {}", val, crty, rty),
306         }
307     }
308 }
309
310 impl PatternFolder<'tcx> for LiteralExpander<'tcx> {
311     fn fold_pattern(&mut self, pat: &Pat<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
312         debug!("fold_pattern {:?} {:?} {:?}", pat, pat.ty.kind, pat.kind);
313         match (&pat.ty.kind, &*pat.kind) {
314             (
315                 &ty::Ref(_, rty, _),
316                 &PatKind::Constant {
317                     value:
318                         Const {
319                             val: ty::ConstKind::Value(val),
320                             ty: ty::TyS { kind: ty::Ref(_, crty, _), .. },
321                         },
322                 },
323             ) => Pat {
324                 ty: pat.ty,
325                 span: pat.span,
326                 kind: box PatKind::Deref {
327                     subpattern: Pat {
328                         ty: rty,
329                         span: pat.span,
330                         kind: box PatKind::Constant {
331                             value: self.tcx.mk_const(Const {
332                                 val: ty::ConstKind::Value(
333                                     self.fold_const_value_deref(*val, rty, crty),
334                                 ),
335                                 ty: rty,
336                             }),
337                         },
338                     },
339                 },
340             },
341
342             (
343                 &ty::Ref(_, rty, _),
344                 &PatKind::Constant {
345                     value: Const { val, ty: ty::TyS { kind: ty::Ref(_, crty, _), .. } },
346                 },
347             ) => bug!("cannot deref {:#?}, {} -> {}", val, crty, rty),
348
349             (_, &PatKind::Binding { subpattern: Some(ref s), .. }) => s.fold_with(self),
350             (_, &PatKind::AscribeUserType { subpattern: ref s, .. }) => s.fold_with(self),
351             _ => pat.super_fold_with(self),
352         }
353     }
354 }
355
356 impl<'tcx> Pat<'tcx> {
357     fn is_wildcard(&self) -> bool {
358         match *self.kind {
359             PatKind::Binding { subpattern: None, .. } | PatKind::Wild => true,
360             _ => false,
361         }
362     }
363 }
364
365 /// A row of a matrix. Rows of len 1 are very common, which is why `SmallVec[_; 2]`
366 /// works well.
367 #[derive(Debug, Clone)]
368 pub struct PatStack<'p, 'tcx>(SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>);
369
370 impl<'p, 'tcx> PatStack<'p, 'tcx> {
371     pub fn from_pattern(pat: &'p Pat<'tcx>) -> Self {
372         PatStack(smallvec![pat])
373     }
374
375     fn from_vec(vec: SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>) -> Self {
376         PatStack(vec)
377     }
378
379     fn from_slice(s: &[&'p Pat<'tcx>]) -> Self {
380         PatStack(SmallVec::from_slice(s))
381     }
382
383     fn is_empty(&self) -> bool {
384         self.0.is_empty()
385     }
386
387     fn len(&self) -> usize {
388         self.0.len()
389     }
390
391     fn head(&self) -> &'p Pat<'tcx> {
392         self.0[0]
393     }
394
395     fn to_tail(&self) -> Self {
396         PatStack::from_slice(&self.0[1..])
397     }
398
399     fn iter(&self) -> impl Iterator<Item = &Pat<'tcx>> {
400         self.0.iter().map(|p| *p)
401     }
402
403     // If the first pattern is an or-pattern, expand this pattern. Otherwise, return `None`.
404     fn expand_or_pat(&self) -> Option<Vec<Self>> {
405         if self.is_empty() {
406             None
407         } else if let PatKind::Or { pats } = &*self.head().kind {
408             Some(
409                 pats.iter()
410                     .map(|pat| {
411                         let mut new_patstack = PatStack::from_pattern(pat);
412                         new_patstack.0.extend_from_slice(&self.0[1..]);
413                         new_patstack
414                     })
415                     .collect(),
416             )
417         } else {
418             None
419         }
420     }
421
422     /// This computes `D(self)`. See top of the file for explanations.
423     fn specialize_wildcard(&self) -> Option<Self> {
424         if self.head().is_wildcard() { Some(self.to_tail()) } else { None }
425     }
426
427     /// This computes `S(constructor, self)`. See top of the file for explanations.
428     fn specialize_constructor(
429         &self,
430         cx: &mut MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
431         constructor: &Constructor<'tcx>,
432         ctor_wild_subpatterns: &'p [Pat<'tcx>],
433     ) -> Option<PatStack<'p, 'tcx>> {
434         let new_heads = specialize_one_pattern(cx, self.head(), constructor, ctor_wild_subpatterns);
435         new_heads.map(|mut new_head| {
436             new_head.0.extend_from_slice(&self.0[1..]);
437             new_head
438         })
439     }
440 }
441
442 impl<'p, 'tcx> Default for PatStack<'p, 'tcx> {
443     fn default() -> Self {
444         PatStack(smallvec![])
445     }
446 }
447
448 impl<'p, 'tcx> FromIterator<&'p Pat<'tcx>> for PatStack<'p, 'tcx> {
449     fn from_iter<T>(iter: T) -> Self
450     where
451         T: IntoIterator<Item = &'p Pat<'tcx>>,
452     {
453         PatStack(iter.into_iter().collect())
454     }
455 }
456
457 /// A 2D matrix.
458 pub struct Matrix<'p, 'tcx>(Vec<PatStack<'p, 'tcx>>);
459
460 impl<'p, 'tcx> Matrix<'p, 'tcx> {
461     pub fn empty() -> Self {
462         Matrix(vec![])
463     }
464
465     /// Pushes a new row to the matrix. If the row starts with an or-pattern, this expands it.
466     pub fn push(&mut self, row: PatStack<'p, 'tcx>) {
467         if let Some(rows) = row.expand_or_pat() {
468             self.0.extend(rows);
469         } else {
470             self.0.push(row);
471         }
472     }
473
474     /// Iterate over the first component of each row
475     fn heads<'a>(&'a self) -> impl Iterator<Item = &'a Pat<'tcx>> + Captures<'p> {
476         self.0.iter().map(|r| r.head())
477     }
478
479     /// This computes `D(self)`. See top of the file for explanations.
480     fn specialize_wildcard(&self) -> Self {
481         self.0.iter().filter_map(|r| r.specialize_wildcard()).collect()
482     }
483
484     /// This computes `S(constructor, self)`. See top of the file for explanations.
485     fn specialize_constructor(
486         &self,
487         cx: &mut MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
488         constructor: &Constructor<'tcx>,
489         ctor_wild_subpatterns: &'p [Pat<'tcx>],
490     ) -> Matrix<'p, 'tcx> {
491         self.0
492             .iter()
493             .filter_map(|r| r.specialize_constructor(cx, constructor, ctor_wild_subpatterns))
494             .collect()
495     }
496 }
497
498 /// Pretty-printer for matrices of patterns, example:
499 /// +++++++++++++++++++++++++++++
500 /// + _     + []                +
501 /// +++++++++++++++++++++++++++++
502 /// + true  + [First]           +
503 /// +++++++++++++++++++++++++++++
504 /// + true  + [Second(true)]    +
505 /// +++++++++++++++++++++++++++++
506 /// + false + [_]               +
507 /// +++++++++++++++++++++++++++++
508 /// + _     + [_, _, tail @ ..] +
509 /// +++++++++++++++++++++++++++++
510 impl<'p, 'tcx> fmt::Debug for Matrix<'p, 'tcx> {
511     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
512         write!(f, "\n")?;
513
514         let &Matrix(ref m) = self;
515         let pretty_printed_matrix: Vec<Vec<String>> =
516             m.iter().map(|row| row.iter().map(|pat| format!("{:?}", pat)).collect()).collect();
517
518         let column_count = m.iter().map(|row| row.len()).max().unwrap_or(0);
519         assert!(m.iter().all(|row| row.len() == column_count));
520         let column_widths: Vec<usize> = (0..column_count)
521             .map(|col| pretty_printed_matrix.iter().map(|row| row[col].len()).max().unwrap_or(0))
522             .collect();
523
524         let total_width = column_widths.iter().cloned().sum::<usize>() + column_count * 3 + 1;
525         let br = "+".repeat(total_width);
526         write!(f, "{}\n", br)?;
527         for row in pretty_printed_matrix {
528             write!(f, "+")?;
529             for (column, pat_str) in row.into_iter().enumerate() {
530                 write!(f, " ")?;
531                 write!(f, "{:1$}", pat_str, column_widths[column])?;
532                 write!(f, " +")?;
533             }
534             write!(f, "\n")?;
535             write!(f, "{}\n", br)?;
536         }
537         Ok(())
538     }
539 }
540
541 impl<'p, 'tcx> FromIterator<PatStack<'p, 'tcx>> for Matrix<'p, 'tcx> {
542     fn from_iter<T>(iter: T) -> Self
543     where
544         T: IntoIterator<Item = PatStack<'p, 'tcx>>,
545     {
546         let mut matrix = Matrix::empty();
547         for x in iter {
548             // Using `push` ensures we correctly expand or-patterns.
549             matrix.push(x);
550         }
551         matrix
552     }
553 }
554
555 pub struct MatchCheckCtxt<'a, 'tcx> {
556     pub tcx: TyCtxt<'tcx>,
557     /// The module in which the match occurs. This is necessary for
558     /// checking inhabited-ness of types because whether a type is (visibly)
559     /// inhabited can depend on whether it was defined in the current module or
560     /// not. E.g., `struct Foo { _private: ! }` cannot be seen to be empty
561     /// outside it's module and should not be matchable with an empty match
562     /// statement.
563     pub module: DefId,
564     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
565     pub pattern_arena: &'a TypedArena<Pat<'tcx>>,
566     pub byte_array_map: FxHashMap<*const Pat<'tcx>, Vec<&'a Pat<'tcx>>>,
567 }
568
569 impl<'a, 'tcx> MatchCheckCtxt<'a, 'tcx> {
570     pub fn create_and_enter<F, R>(
571         tcx: TyCtxt<'tcx>,
572         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
573         module: DefId,
574         f: F,
575     ) -> R
576     where
577         F: for<'b> FnOnce(MatchCheckCtxt<'b, 'tcx>) -> R,
578     {
579         let pattern_arena = TypedArena::default();
580
581         f(MatchCheckCtxt {
582             tcx,
583             param_env,
584             module,
585             pattern_arena: &pattern_arena,
586             byte_array_map: FxHashMap::default(),
587         })
588     }
589
590     fn is_uninhabited(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
591         if self.tcx.features().exhaustive_patterns {
592             self.tcx.is_ty_uninhabited_from(self.module, ty)
593         } else {
594             false
595         }
596     }
597
598     fn is_local(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
599         match ty.kind {
600             ty::Adt(adt_def, ..) => adt_def.did.is_local(),
601             _ => false,
602         }
603     }
604 }
605
606 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq)]
607 enum SliceKind {
608     /// Patterns of length `n` (`[x, y]`).
609     FixedLen(u64),
610     /// Patterns using the `..` notation (`[x, .., y]`). Captures any array constructor of `length
611     /// >= i + j`. In the case where `array_len` is `Some(_)`, this indicates that we only care
612     /// about the first `i` and the last `j` values of the array, and everything in between is a
613     /// wildcard `_`.
614     VarLen(u64, u64),
615 }
616
617 impl SliceKind {
618     fn arity(self) -> u64 {
619         match self {
620             FixedLen(length) => length,
621             VarLen(prefix, suffix) => prefix + suffix,
622         }
623     }
624
625     /// Whether this pattern includes patterns of length `other_len`.
626     fn covers_length(self, other_len: u64) -> bool {
627         match self {
628             FixedLen(len) => len == other_len,
629             VarLen(prefix, suffix) => prefix + suffix <= other_len,
630         }
631     }
632
633     /// Returns a collection of slices that spans the values covered by `self`, subtracted by the
634     /// values covered by `other`: i.e., `self \ other` (in set notation).
635     fn subtract(self, other: Self) -> SmallVec<[Self; 1]> {
636         // Remember, `VarLen(i, j)` covers the union of `FixedLen` from `i + j` to infinity.
637         // Naming: we remove the "neg" constructors from the "pos" ones.
638         match self {
639             FixedLen(pos_len) => {
640                 if other.covers_length(pos_len) {
641                     smallvec![]
642                 } else {
643                     smallvec![self]
644                 }
645             }
646             VarLen(pos_prefix, pos_suffix) => {
647                 let pos_len = pos_prefix + pos_suffix;
648                 match other {
649                     FixedLen(neg_len) => {
650                         if neg_len < pos_len {
651                             smallvec![self]
652                         } else {
653                             (pos_len..neg_len)
654                                 .map(FixedLen)
655                                 // We know that `neg_len + 1 >= pos_len >= pos_suffix`.
656                                 .chain(Some(VarLen(neg_len + 1 - pos_suffix, pos_suffix)))
657                                 .collect()
658                         }
659                     }
660                     VarLen(neg_prefix, neg_suffix) => {
661                         let neg_len = neg_prefix + neg_suffix;
662                         if neg_len <= pos_len {
663                             smallvec![]
664                         } else {
665                             (pos_len..neg_len).map(FixedLen).collect()
666                         }
667                     }
668                 }
669             }
670         }
671     }
672 }
673
674 /// A constructor for array and slice patterns.
675 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq)]
676 struct Slice {
677     /// `None` if the matched value is a slice, `Some(n)` if it is an array of size `n`.
678     array_len: Option<u64>,
679     /// The kind of pattern it is: fixed-length `[x, y]` or variable length `[x, .., y]`.
680     kind: SliceKind,
681 }
682
683 impl Slice {
684     /// Returns what patterns this constructor covers: either fixed-length patterns or
685     /// variable-length patterns.
686     fn pattern_kind(self) -> SliceKind {
687         match self {
688             Slice { array_len: Some(len), kind: VarLen(prefix, suffix) }
689                 if prefix + suffix == len =>
690             {
691                 FixedLen(len)
692             }
693             _ => self.kind,
694         }
695     }
696
697     /// Returns what values this constructor covers: either values of only one given length, or
698     /// values of length above a given length.
699     /// This is different from `pattern_kind()` because in some cases the pattern only takes into
700     /// account a subset of the entries of the array, but still only captures values of a given
701     /// length.
702     fn value_kind(self) -> SliceKind {
703         match self {
704             Slice { array_len: Some(len), kind: VarLen(_, _) } => FixedLen(len),
705             _ => self.kind,
706         }
707     }
708
709     fn arity(self) -> u64 {
710         self.pattern_kind().arity()
711     }
712 }
713
714 #[derive(Clone, Debug, PartialEq)]
715 enum Constructor<'tcx> {
716     /// The constructor of all patterns that don't vary by constructor,
717     /// e.g., struct patterns and fixed-length arrays.
718     Single,
719     /// Enum variants.
720     Variant(DefId),
721     /// Literal values.
722     ConstantValue(&'tcx ty::Const<'tcx>),
723     /// Ranges of integer literal values (`2`, `2..=5` or `2..5`).
724     IntRange(IntRange<'tcx>),
725     /// Ranges of floating-point literal values (`2.0..=5.2`).
726     FloatRange(&'tcx ty::Const<'tcx>, &'tcx ty::Const<'tcx>, RangeEnd),
727     /// Array and slice patterns.
728     Slice(Slice),
729     /// Fake extra constructor for enums that aren't allowed to be matched exhaustively.
730     NonExhaustive,
731 }
732
733 impl<'tcx> Constructor<'tcx> {
734     fn is_slice(&self) -> bool {
735         match self {
736             Slice(_) => true,
737             _ => false,
738         }
739     }
740
741     fn variant_index_for_adt<'a>(
742         &self,
743         cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
744         adt: &'tcx ty::AdtDef,
745     ) -> VariantIdx {
746         match self {
747             Variant(id) => adt.variant_index_with_id(*id),
748             Single => {
749                 assert!(!adt.is_enum());
750                 VariantIdx::new(0)
751             }
752             ConstantValue(c) => crate::const_eval::const_variant_index(cx.tcx, cx.param_env, c),
753             _ => bug!("bad constructor {:?} for adt {:?}", self, adt),
754         }
755     }
756
757     // Returns the set of constructors covered by `self` but not by
758     // anything in `other_ctors`.
759     fn subtract_ctors(&self, other_ctors: &Vec<Constructor<'tcx>>) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
760         match self {
761             // Those constructors can only match themselves.
762             Single | Variant(_) | ConstantValue(..) | FloatRange(..) => {
763                 if other_ctors.iter().any(|c| c == self) { vec![] } else { vec![self.clone()] }
764             }
765             &Slice(slice) => {
766                 let mut other_slices = other_ctors
767                     .iter()
768                     .filter_map(|c: &Constructor<'_>| match c {
769                         Slice(slice) => Some(*slice),
770                         // FIXME(oli-obk): implement `deref` for `ConstValue`
771                         ConstantValue(..) => None,
772                         _ => bug!("bad slice pattern constructor {:?}", c),
773                     })
774                     .map(Slice::value_kind);
775
776                 match slice.value_kind() {
777                     FixedLen(self_len) => {
778                         if other_slices.any(|other_slice| other_slice.covers_length(self_len)) {
779                             vec![]
780                         } else {
781                             vec![Slice(slice)]
782                         }
783                     }
784                     kind @ VarLen(..) => {
785                         let mut remaining_slices = vec![kind];
786
787                         // For each used slice, subtract from the current set of slices.
788                         for other_slice in other_slices {
789                             remaining_slices = remaining_slices
790                                 .into_iter()
791                                 .flat_map(|remaining_slice| remaining_slice.subtract(other_slice))
792                                 .collect();
793
794                             // If the constructors that have been considered so far already cover
795                             // the entire range of `self`, no need to look at more constructors.
796                             if remaining_slices.is_empty() {
797                                 break;
798                             }
799                         }
800
801                         remaining_slices
802                             .into_iter()
803                             .map(|kind| Slice { array_len: slice.array_len, kind })
804                             .map(Slice)
805                             .collect()
806                     }
807                 }
808             }
809             IntRange(self_range) => {
810                 let mut remaining_ranges = vec![self_range.clone()];
811                 for other_ctor in other_ctors {
812                     if let IntRange(other_range) = other_ctor {
813                         if other_range == self_range {
814                             // If the `self` range appears directly in a `match` arm, we can
815                             // eliminate it straight away.
816                             remaining_ranges = vec![];
817                         } else {
818                             // Otherwise explicitely compute the remaining ranges.
819                             remaining_ranges = other_range.subtract_from(remaining_ranges);
820                         }
821
822                         // If the ranges that have been considered so far already cover the entire
823                         // range of values, we can return early.
824                         if remaining_ranges.is_empty() {
825                             break;
826                         }
827                     }
828                 }
829
830                 // Convert the ranges back into constructors.
831                 remaining_ranges.into_iter().map(IntRange).collect()
832             }
833             // This constructor is never covered by anything else
834             NonExhaustive => vec![NonExhaustive],
835         }
836     }
837
838     /// This returns one wildcard pattern for each argument to this constructor.
839     ///
840     /// This must be consistent with `apply`, `specialize_one_pattern`, and `arity`.
841     fn wildcard_subpatterns<'a>(
842         &self,
843         cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
844         ty: Ty<'tcx>,
845     ) -> Vec<Pat<'tcx>> {
846         debug!("wildcard_subpatterns({:#?}, {:?})", self, ty);
847
848         match self {
849             Single | Variant(_) => match ty.kind {
850                 ty::Tuple(ref fs) => {
851                     fs.into_iter().map(|t| t.expect_ty()).map(Pat::wildcard_from_ty).collect()
852                 }
853                 ty::Ref(_, rty, _) => vec![Pat::wildcard_from_ty(rty)],
854                 ty::Adt(adt, substs) => {
855                     if adt.is_box() {
856                         // Use T as the sub pattern type of Box<T>.
857                         vec![Pat::wildcard_from_ty(substs.type_at(0))]
858                     } else {
859                         let variant = &adt.variants[self.variant_index_for_adt(cx, adt)];
860                         let is_non_exhaustive =
861                             variant.is_field_list_non_exhaustive() && !cx.is_local(ty);
862                         variant
863                             .fields
864                             .iter()
865                             .map(|field| {
866                                 let is_visible = adt.is_enum()
867                                     || field.vis.is_accessible_from(cx.module, cx.tcx);
868                                 let is_uninhabited = cx.is_uninhabited(field.ty(cx.tcx, substs));
869                                 match (is_visible, is_non_exhaustive, is_uninhabited) {
870                                     // Treat all uninhabited types in non-exhaustive variants as
871                                     // `TyErr`.
872                                     (_, true, true) => cx.tcx.types.err,
873                                     // Treat all non-visible fields as `TyErr`. They can't appear
874                                     // in any other pattern from this match (because they are
875                                     // private), so their type does not matter - but we don't want
876                                     // to know they are uninhabited.
877                                     (false, ..) => cx.tcx.types.err,
878                                     (true, ..) => {
879                                         let ty = field.ty(cx.tcx, substs);
880                                         match ty.kind {
881                                             // If the field type returned is an array of an unknown
882                                             // size return an TyErr.
883                                             ty::Array(_, len)
884                                                 if len
885                                                     .try_eval_usize(cx.tcx, cx.param_env)
886                                                     .is_none() =>
887                                             {
888                                                 cx.tcx.types.err
889                                             }
890                                             _ => ty,
891                                         }
892                                     }
893                                 }
894                             })
895                             .map(Pat::wildcard_from_ty)
896                             .collect()
897                     }
898                 }
899                 _ => vec![],
900             },
901             Slice(_) => match ty.kind {
902                 ty::Slice(ty) | ty::Array(ty, _) => {
903                     let arity = self.arity(cx, ty);
904                     (0..arity).map(|_| Pat::wildcard_from_ty(ty)).collect()
905                 }
906                 _ => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", self, ty),
907             },
908             ConstantValue(..) | FloatRange(..) | IntRange(..) | NonExhaustive => vec![],
909         }
910     }
911
912     /// This computes the arity of a constructor. The arity of a constructor
913     /// is how many subpattern patterns of that constructor should be expanded to.
914     ///
915     /// For instance, a tuple pattern `(_, 42, Some([]))` has the arity of 3.
916     /// A struct pattern's arity is the number of fields it contains, etc.
917     ///
918     /// This must be consistent with `wildcard_subpatterns`, `specialize_one_pattern`, and `apply`.
919     fn arity<'a>(&self, cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> u64 {
920         debug!("Constructor::arity({:#?}, {:?})", self, ty);
921         match self {
922             Single | Variant(_) => match ty.kind {
923                 ty::Tuple(ref fs) => fs.len() as u64,
924                 ty::Slice(..) | ty::Array(..) => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", self, ty),
925                 ty::Ref(..) => 1,
926                 ty::Adt(adt, _) => {
927                     adt.variants[self.variant_index_for_adt(cx, adt)].fields.len() as u64
928                 }
929                 _ => 0,
930             },
931             Slice(slice) => slice.arity(),
932             ConstantValue(..) | FloatRange(..) | IntRange(..) | NonExhaustive => 0,
933         }
934     }
935
936     /// Apply a constructor to a list of patterns, yielding a new pattern. `pats`
937     /// must have as many elements as this constructor's arity.
938     ///
939     /// This must be consistent with `wildcard_subpatterns`, `specialize_one_pattern`, and `arity`.
940     ///
941     /// Examples:
942     /// `self`: `Constructor::Single`
943     /// `ty`: `(u32, u32, u32)`
944     /// `pats`: `[10, 20, _]`
945     /// returns `(10, 20, _)`
946     ///
947     /// `self`: `Constructor::Variant(Option::Some)`
948     /// `ty`: `Option<bool>`
949     /// `pats`: `[false]`
950     /// returns `Some(false)`
951     fn apply<'a>(
952         &self,
953         cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
954         ty: Ty<'tcx>,
955         pats: impl IntoIterator<Item = Pat<'tcx>>,
956     ) -> Pat<'tcx> {
957         let mut subpatterns = pats.into_iter();
958
959         let pat = match self {
960             Single | Variant(_) => match ty.kind {
961                 ty::Adt(..) | ty::Tuple(..) => {
962                     let subpatterns = subpatterns
963                         .enumerate()
964                         .map(|(i, p)| FieldPat { field: Field::new(i), pattern: p })
965                         .collect();
966
967                     if let ty::Adt(adt, substs) = ty.kind {
968                         if adt.is_enum() {
969                             PatKind::Variant {
970                                 adt_def: adt,
971                                 substs,
972                                 variant_index: self.variant_index_for_adt(cx, adt),
973                                 subpatterns,
974                             }
975                         } else {
976                             PatKind::Leaf { subpatterns }
977                         }
978                     } else {
979                         PatKind::Leaf { subpatterns }
980                     }
981                 }
982                 ty::Ref(..) => PatKind::Deref { subpattern: subpatterns.nth(0).unwrap() },
983                 ty::Slice(_) | ty::Array(..) => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", self, ty),
984                 _ => PatKind::Wild,
985             },
986             Slice(slice) => match slice.pattern_kind() {
987                 FixedLen(_) => {
988                     PatKind::Slice { prefix: subpatterns.collect(), slice: None, suffix: vec![] }
989                 }
990                 VarLen(prefix, _) => {
991                     let mut prefix: Vec<_> = subpatterns.by_ref().take(prefix as usize).collect();
992                     if slice.array_len.is_some() {
993                         // Improves diagnostics a bit: if the type is a known-size array, instead
994                         // of reporting `[x, _, .., _, y]`, we prefer to report `[x, .., y]`.
995                         // This is incorrect if the size is not known, since `[_, ..]` captures
996                         // arrays of lengths `>= 1` whereas `[..]` captures any length.
997                         while !prefix.is_empty() && prefix.last().unwrap().is_wildcard() {
998                             prefix.pop();
999                         }
1000                     }
1001                     let suffix: Vec<_> = if slice.array_len.is_some() {
1002                         // Same as above.
1003                         subpatterns.skip_while(Pat::is_wildcard).collect()
1004                     } else {
1005                         subpatterns.collect()
1006                     };
1007                     let wild = Pat::wildcard_from_ty(ty);
1008                     PatKind::Slice { prefix, slice: Some(wild), suffix }
1009                 }
1010             },
1011             &ConstantValue(value) => PatKind::Constant { value },
1012             &FloatRange(lo, hi, end) => PatKind::Range(PatRange { lo, hi, end }),
1013             IntRange(range) => return range.to_pat(cx.tcx),
1014             NonExhaustive => PatKind::Wild,
1015         };
1016
1017         Pat { ty, span: DUMMY_SP, kind: Box::new(pat) }
1018     }
1019
1020     /// Like `apply`, but where all the subpatterns are wildcards `_`.
1021     fn apply_wildcards<'a>(&self, cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
1022         let subpatterns = self.wildcard_subpatterns(cx, ty).into_iter().rev();
1023         self.apply(cx, ty, subpatterns)
1024     }
1025 }
1026
1027 #[derive(Clone, Debug)]
1028 pub enum Usefulness<'tcx> {
1029     Useful,
1030     UsefulWithWitness(Vec<Witness<'tcx>>),
1031     NotUseful,
1032 }
1033
1034 impl<'tcx> Usefulness<'tcx> {
1035     fn new_useful(preference: WitnessPreference) -> Self {
1036         match preference {
1037             ConstructWitness => UsefulWithWitness(vec![Witness(vec![])]),
1038             LeaveOutWitness => Useful,
1039         }
1040     }
1041
1042     fn is_useful(&self) -> bool {
1043         match *self {
1044             NotUseful => false,
1045             _ => true,
1046         }
1047     }
1048
1049     fn apply_constructor(
1050         self,
1051         cx: &MatchCheckCtxt<'_, 'tcx>,
1052         ctor: &Constructor<'tcx>,
1053         ty: Ty<'tcx>,
1054     ) -> Self {
1055         match self {
1056             UsefulWithWitness(witnesses) => UsefulWithWitness(
1057                 witnesses
1058                     .into_iter()
1059                     .map(|witness| witness.apply_constructor(cx, &ctor, ty))
1060                     .collect(),
1061             ),
1062             x => x,
1063         }
1064     }
1065
1066     fn apply_wildcard(self, ty: Ty<'tcx>) -> Self {
1067         match self {
1068             UsefulWithWitness(witnesses) => {
1069                 let wild = Pat::wildcard_from_ty(ty);
1070                 UsefulWithWitness(
1071                     witnesses
1072                         .into_iter()
1073                         .map(|mut witness| {
1074                             witness.0.push(wild.clone());
1075                             witness
1076                         })
1077                         .collect(),
1078                 )
1079             }
1080             x => x,
1081         }
1082     }
1083
1084     fn apply_missing_ctors(
1085         self,
1086         cx: &MatchCheckCtxt<'_, 'tcx>,
1087         ty: Ty<'tcx>,
1088         missing_ctors: &MissingConstructors<'tcx>,
1089     ) -> Self {
1090         match self {
1091             UsefulWithWitness(witnesses) => {
1092                 let new_patterns: Vec<_> =
1093                     missing_ctors.iter().map(|ctor| ctor.apply_wildcards(cx, ty)).collect();
1094                 // Add the new patterns to each witness
1095                 UsefulWithWitness(
1096                     witnesses
1097                         .into_iter()
1098                         .flat_map(|witness| {
1099                             new_patterns.iter().map(move |pat| {
1100                                 let mut witness = witness.clone();
1101                                 witness.0.push(pat.clone());
1102                                 witness
1103                             })
1104                         })
1105                         .collect(),
1106                 )
1107             }
1108             x => x,
1109         }
1110     }
1111 }
1112
1113 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
1114 pub enum WitnessPreference {
1115     ConstructWitness,
1116     LeaveOutWitness,
1117 }
1118
1119 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
1120 struct PatCtxt<'tcx> {
1121     ty: Ty<'tcx>,
1122     span: Span,
1123 }
1124
1125 /// A witness of non-exhaustiveness for error reporting, represented
1126 /// as a list of patterns (in reverse order of construction) with
1127 /// wildcards inside to represent elements that can take any inhabitant
1128 /// of the type as a value.
1129 ///
1130 /// A witness against a list of patterns should have the same types
1131 /// and length as the pattern matched against. Because Rust `match`
1132 /// is always against a single pattern, at the end the witness will
1133 /// have length 1, but in the middle of the algorithm, it can contain
1134 /// multiple patterns.
1135 ///
1136 /// For example, if we are constructing a witness for the match against
1137 /// ```
1138 /// struct Pair(Option<(u32, u32)>, bool);
1139 ///
1140 /// match (p: Pair) {
1141 ///    Pair(None, _) => {}
1142 ///    Pair(_, false) => {}
1143 /// }
1144 /// ```
1145 ///
1146 /// We'll perform the following steps:
1147 /// 1. Start with an empty witness
1148 ///     `Witness(vec![])`
1149 /// 2. Push a witness `Some(_)` against the `None`
1150 ///     `Witness(vec![Some(_)])`
1151 /// 3. Push a witness `true` against the `false`
1152 ///     `Witness(vec![Some(_), true])`
1153 /// 4. Apply the `Pair` constructor to the witnesses
1154 ///     `Witness(vec![Pair(Some(_), true)])`
1155 ///
1156 /// The final `Pair(Some(_), true)` is then the resulting witness.
1157 #[derive(Clone, Debug)]
1158 pub struct Witness<'tcx>(Vec<Pat<'tcx>>);
1159
1160 impl<'tcx> Witness<'tcx> {
1161     pub fn single_pattern(self) -> Pat<'tcx> {
1162         assert_eq!(self.0.len(), 1);
1163         self.0.into_iter().next().unwrap()
1164     }
1165
1166     /// Constructs a partial witness for a pattern given a list of
1167     /// patterns expanded by the specialization step.
1168     ///
1169     /// When a pattern P is discovered to be useful, this function is used bottom-up
1170     /// to reconstruct a complete witness, e.g., a pattern P' that covers a subset
1171     /// of values, V, where each value in that set is not covered by any previously
1172     /// used patterns and is covered by the pattern P'. Examples:
1173     ///
1174     /// left_ty: tuple of 3 elements
1175     /// pats: [10, 20, _]           => (10, 20, _)
1176     ///
1177     /// left_ty: struct X { a: (bool, &'static str), b: usize}
1178     /// pats: [(false, "foo"), 42]  => X { a: (false, "foo"), b: 42 }
1179     fn apply_constructor<'a>(
1180         mut self,
1181         cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1182         ctor: &Constructor<'tcx>,
1183         ty: Ty<'tcx>,
1184     ) -> Self {
1185         let arity = ctor.arity(cx, ty);
1186         let pat = {
1187             let len = self.0.len() as u64;
1188             let pats = self.0.drain((len - arity) as usize..).rev();
1189             ctor.apply(cx, ty, pats)
1190         };
1191
1192         self.0.push(pat);
1193
1194         self
1195     }
1196 }
1197
1198 /// This determines the set of all possible constructors of a pattern matching
1199 /// values of type `left_ty`. For vectors, this would normally be an infinite set
1200 /// but is instead bounded by the maximum fixed length of slice patterns in
1201 /// the column of patterns being analyzed.
1202 ///
1203 /// We make sure to omit constructors that are statically impossible. E.g., for
1204 /// `Option<!>`, we do not include `Some(_)` in the returned list of constructors.
1205 fn all_constructors<'a, 'tcx>(
1206     cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1207     pcx: PatCtxt<'tcx>,
1208 ) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
1209     debug!("all_constructors({:?})", pcx.ty);
1210     let make_range = |start, end| {
1211         IntRange(
1212             // `unwrap()` is ok because we know the type is an integer.
1213             IntRange::from_range(cx.tcx, start, end, pcx.ty, &RangeEnd::Included, pcx.span)
1214                 .unwrap(),
1215         )
1216     };
1217     match pcx.ty.kind {
1218         ty::Bool => {
1219             [true, false].iter().map(|&b| ConstantValue(ty::Const::from_bool(cx.tcx, b))).collect()
1220         }
1221         ty::Array(ref sub_ty, len) if len.try_eval_usize(cx.tcx, cx.param_env).is_some() => {
1222             let len = len.eval_usize(cx.tcx, cx.param_env);
1223             if len != 0 && cx.is_uninhabited(sub_ty) {
1224                 vec![]
1225             } else {
1226                 vec![Slice(Slice { array_len: Some(len), kind: VarLen(0, 0) })]
1227             }
1228         }
1229         // Treat arrays of a constant but unknown length like slices.
1230         ty::Array(ref sub_ty, _) | ty::Slice(ref sub_ty) => {
1231             let kind = if cx.is_uninhabited(sub_ty) { FixedLen(0) } else { VarLen(0, 0) };
1232             vec![Slice(Slice { array_len: None, kind })]
1233         }
1234         ty::Adt(def, substs) if def.is_enum() => {
1235             let ctors: Vec<_> = def
1236                 .variants
1237                 .iter()
1238                 .filter(|v| {
1239                     !cx.tcx.features().exhaustive_patterns
1240                         || !v
1241                             .uninhabited_from(cx.tcx, substs, def.adt_kind())
1242                             .contains(cx.tcx, cx.module)
1243                 })
1244                 .map(|v| Variant(v.def_id))
1245                 .collect();
1246
1247             // If our scrutinee is *privately* an empty enum, we must treat it as though it had an
1248             // "unknown" constructor (in that case, all other patterns obviously can't be variants)
1249             // to avoid exposing its emptyness. See the `match_privately_empty` test for details.
1250             // FIXME: currently the only way I know of something can be a privately-empty enum is
1251             // when the exhaustive_patterns feature flag is not present, so this is only needed for
1252             // that case.
1253             let is_privately_empty = ctors.is_empty() && !cx.is_uninhabited(pcx.ty);
1254             // If the enum is declared as `#[non_exhaustive]`, we treat it as if it had an
1255             // additionnal "unknown" constructor.
1256             let is_declared_nonexhaustive =
1257                 def.is_variant_list_non_exhaustive() && !cx.is_local(pcx.ty);
1258
1259             if is_privately_empty || is_declared_nonexhaustive {
1260                 // There is no point in enumerating all possible variants, because the user can't
1261                 // actually match against them themselves. So we return only the fictitious
1262                 // constructor.
1263                 // E.g., in an example like:
1264                 // ```
1265                 //     let err: io::ErrorKind = ...;
1266                 //     match err {
1267                 //         io::ErrorKind::NotFound => {},
1268                 //     }
1269                 // ```
1270                 // we don't want to show every possible IO error, but instead have only `_` as the
1271                 // witness.
1272                 vec![NonExhaustive]
1273             } else {
1274                 ctors
1275             }
1276         }
1277         ty::Char => {
1278             vec![
1279                 // The valid Unicode Scalar Value ranges.
1280                 make_range('\u{0000}' as u128, '\u{D7FF}' as u128),
1281                 make_range('\u{E000}' as u128, '\u{10FFFF}' as u128),
1282             ]
1283         }
1284         ty::Int(_) | ty::Uint(_)
1285             if pcx.ty.is_ptr_sized_integral()
1286                 && !cx.tcx.features().precise_pointer_size_matching =>
1287         {
1288             // `usize`/`isize` are not allowed to be matched exhaustively unless the
1289             // `precise_pointer_size_matching` feature is enabled. So we treat those types like
1290             // `#[non_exhaustive]` enums by returning a special unmatcheable constructor.
1291             vec![NonExhaustive]
1292         }
1293         ty::Int(ity) => {
1294             let bits = Integer::from_attr(&cx.tcx, SignedInt(ity)).size().bits() as u128;
1295             let min = 1u128 << (bits - 1);
1296             let max = min - 1;
1297             vec![make_range(min, max)]
1298         }
1299         ty::Uint(uty) => {
1300             let size = Integer::from_attr(&cx.tcx, UnsignedInt(uty)).size();
1301             let max = truncate(u128::max_value(), size);
1302             vec![make_range(0, max)]
1303         }
1304         _ => {
1305             if cx.is_uninhabited(pcx.ty) {
1306                 vec![]
1307             } else {
1308                 vec![Single]
1309             }
1310         }
1311     }
1312 }
1313
1314 /// An inclusive interval, used for precise integer exhaustiveness checking.
1315 /// `IntRange`s always store a contiguous range. This means that values are
1316 /// encoded such that `0` encodes the minimum value for the integer,
1317 /// regardless of the signedness.
1318 /// For example, the pattern `-128..=127i8` is encoded as `0..=255`.
1319 /// This makes comparisons and arithmetic on interval endpoints much more
1320 /// straightforward. See `signed_bias` for details.
1321 ///
1322 /// `IntRange` is never used to encode an empty range or a "range" that wraps
1323 /// around the (offset) space: i.e., `range.lo <= range.hi`.
1324 #[derive(Clone, Debug)]
1325 struct IntRange<'tcx> {
1326     pub range: RangeInclusive<u128>,
1327     pub ty: Ty<'tcx>,
1328     pub span: Span,
1329 }
1330
1331 impl<'tcx> IntRange<'tcx> {
1332     #[inline]
1333     fn is_integral(ty: Ty<'_>) -> bool {
1334         match ty.kind {
1335             ty::Char | ty::Int(_) | ty::Uint(_) => true,
1336             _ => false,
1337         }
1338     }
1339
1340     fn is_singleton(&self) -> bool {
1341         self.range.start() == self.range.end()
1342     }
1343
1344     fn boundaries(&self) -> (u128, u128) {
1345         (*self.range.start(), *self.range.end())
1346     }
1347
1348     /// Don't treat `usize`/`isize` exhaustively unless the `precise_pointer_size_matching` feature
1349     /// is enabled.
1350     fn treat_exhaustively(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>) -> bool {
1351         !self.ty.is_ptr_sized_integral() || tcx.features().precise_pointer_size_matching
1352     }
1353
1354     #[inline]
1355     fn integral_size_and_signed_bias(tcx: TyCtxt<'tcx>, ty: Ty<'_>) -> Option<(Size, u128)> {
1356         match ty.kind {
1357             ty::Char => Some((Size::from_bytes(4), 0)),
1358             ty::Int(ity) => {
1359                 let size = Integer::from_attr(&tcx, SignedInt(ity)).size();
1360                 Some((size, 1u128 << (size.bits() as u128 - 1)))
1361             }
1362             ty::Uint(uty) => Some((Integer::from_attr(&tcx, UnsignedInt(uty)).size(), 0)),
1363             _ => None,
1364         }
1365     }
1366
1367     #[inline]
1368     fn from_const(
1369         tcx: TyCtxt<'tcx>,
1370         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1371         value: &Const<'tcx>,
1372         span: Span,
1373     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
1374         if let Some((target_size, bias)) = Self::integral_size_and_signed_bias(tcx, value.ty) {
1375             let ty = value.ty;
1376             let val = if let ty::ConstKind::Value(ConstValue::Scalar(Scalar::Raw { data, size })) =
1377                 value.val
1378             {
1379                 // For this specific pattern we can skip a lot of effort and go
1380                 // straight to the result, after doing a bit of checking. (We
1381                 // could remove this branch and just use the next branch, which
1382                 // is more general but much slower.)
1383                 Scalar::<()>::check_raw(data, size, target_size);
1384                 data
1385             } else if let Some(val) = value.try_eval_bits(tcx, param_env, ty) {
1386                 // This is a more general form of the previous branch.
1387                 val
1388             } else {
1389                 return None;
1390             };
1391             let val = val ^ bias;
1392             Some(IntRange { range: val..=val, ty, span })
1393         } else {
1394             None
1395         }
1396     }
1397
1398     #[inline]
1399     fn from_range(
1400         tcx: TyCtxt<'tcx>,
1401         lo: u128,
1402         hi: u128,
1403         ty: Ty<'tcx>,
1404         end: &RangeEnd,
1405         span: Span,
1406     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
1407         if Self::is_integral(ty) {
1408             // Perform a shift if the underlying types are signed,
1409             // which makes the interval arithmetic simpler.
1410             let bias = IntRange::signed_bias(tcx, ty);
1411             let (lo, hi) = (lo ^ bias, hi ^ bias);
1412             let offset = (*end == RangeEnd::Excluded) as u128;
1413             if lo > hi || (lo == hi && *end == RangeEnd::Excluded) {
1414                 // This should have been caught earlier by E0030.
1415                 bug!("malformed range pattern: {}..={}", lo, (hi - offset));
1416             }
1417             Some(IntRange { range: lo..=(hi - offset), ty, span })
1418         } else {
1419             None
1420         }
1421     }
1422
1423     fn from_pat(
1424         tcx: TyCtxt<'tcx>,
1425         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1426         pat: &Pat<'tcx>,
1427     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
1428         match pat_constructor(tcx, param_env, pat)? {
1429             IntRange(range) => Some(range),
1430             _ => None,
1431         }
1432     }
1433
1434     // The return value of `signed_bias` should be XORed with an endpoint to encode/decode it.
1435     fn signed_bias(tcx: TyCtxt<'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> u128 {
1436         match ty.kind {
1437             ty::Int(ity) => {
1438                 let bits = Integer::from_attr(&tcx, SignedInt(ity)).size().bits() as u128;
1439                 1u128 << (bits - 1)
1440             }
1441             _ => 0,
1442         }
1443     }
1444
1445     /// Returns a collection of ranges that spans the values covered by `ranges`, subtracted
1446     /// by the values covered by `self`: i.e., `ranges \ self` (in set notation).
1447     fn subtract_from(&self, ranges: Vec<IntRange<'tcx>>) -> Vec<IntRange<'tcx>> {
1448         let mut remaining_ranges = vec![];
1449         let ty = self.ty;
1450         let span = self.span;
1451         let (lo, hi) = self.boundaries();
1452         for subrange in ranges {
1453             let (subrange_lo, subrange_hi) = subrange.range.into_inner();
1454             if lo > subrange_hi || subrange_lo > hi {
1455                 // The pattern doesn't intersect with the subrange at all,
1456                 // so the subrange remains untouched.
1457                 remaining_ranges.push(IntRange { range: subrange_lo..=subrange_hi, ty, span });
1458             } else {
1459                 if lo > subrange_lo {
1460                     // The pattern intersects an upper section of the
1461                     // subrange, so a lower section will remain.
1462                     remaining_ranges.push(IntRange { range: subrange_lo..=(lo - 1), ty, span });
1463                 }
1464                 if hi < subrange_hi {
1465                     // The pattern intersects a lower section of the
1466                     // subrange, so an upper section will remain.
1467                     remaining_ranges.push(IntRange { range: (hi + 1)..=subrange_hi, ty, span });
1468                 }
1469             }
1470         }
1471         remaining_ranges
1472     }
1473
1474     fn is_subrange(&self, other: &Self) -> bool {
1475         other.range.start() <= self.range.start() && self.range.end() <= other.range.end()
1476     }
1477
1478     fn intersection(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>, other: &Self) -> Option<Self> {
1479         let ty = self.ty;
1480         let (lo, hi) = self.boundaries();
1481         let (other_lo, other_hi) = other.boundaries();
1482         if self.treat_exhaustively(tcx) {
1483             if lo <= other_hi && other_lo <= hi {
1484                 let span = other.span;
1485                 Some(IntRange { range: max(lo, other_lo)..=min(hi, other_hi), ty, span })
1486             } else {
1487                 None
1488             }
1489         } else {
1490             // If the range should not be treated exhaustively, fallback to checking for inclusion.
1491             if self.is_subrange(other) { Some(self.clone()) } else { None }
1492         }
1493     }
1494
1495     fn suspicious_intersection(&self, other: &Self) -> bool {
1496         // `false` in the following cases:
1497         // 1     ----      // 1  ----------   // 1 ----        // 1       ----
1498         // 2  ----------   // 2     ----      // 2       ----  // 2 ----
1499         //
1500         // The following are currently `false`, but could be `true` in the future (#64007):
1501         // 1 ---------       // 1     ---------
1502         // 2     ----------  // 2 ----------
1503         //
1504         // `true` in the following cases:
1505         // 1 -------          // 1       -------
1506         // 2       --------   // 2 -------
1507         let (lo, hi) = self.boundaries();
1508         let (other_lo, other_hi) = other.boundaries();
1509         (lo == other_hi || hi == other_lo)
1510     }
1511
1512     fn to_pat(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
1513         let (lo, hi) = self.boundaries();
1514
1515         let bias = IntRange::signed_bias(tcx, self.ty);
1516         let (lo, hi) = (lo ^ bias, hi ^ bias);
1517
1518         let ty = ty::ParamEnv::empty().and(self.ty);
1519         let lo_const = ty::Const::from_bits(tcx, lo, ty);
1520         let hi_const = ty::Const::from_bits(tcx, hi, ty);
1521
1522         let kind = if lo == hi {
1523             PatKind::Constant { value: lo_const }
1524         } else {
1525             PatKind::Range(PatRange { lo: lo_const, hi: hi_const, end: RangeEnd::Included })
1526         };
1527
1528         // This is a brand new pattern, so we don't reuse `self.span`.
1529         Pat { ty: self.ty, span: DUMMY_SP, kind: Box::new(kind) }
1530     }
1531 }
1532
1533 /// Ignore spans when comparing, they don't carry semantic information as they are only for lints.
1534 impl<'tcx> std::cmp::PartialEq for IntRange<'tcx> {
1535     fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
1536         self.range == other.range && self.ty == other.ty
1537     }
1538 }
1539
1540 // A struct to compute a set of constructors equivalent to `all_ctors \ used_ctors`.
1541 struct MissingConstructors<'tcx> {
1542     all_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>,
1543     used_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>,
1544 }
1545
1546 impl<'tcx> MissingConstructors<'tcx> {
1547     fn new(all_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>, used_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>) -> Self {
1548         MissingConstructors { all_ctors, used_ctors }
1549     }
1550
1551     fn into_inner(self) -> (Vec<Constructor<'tcx>>, Vec<Constructor<'tcx>>) {
1552         (self.all_ctors, self.used_ctors)
1553     }
1554
1555     fn is_empty(&self) -> bool {
1556         self.iter().next().is_none()
1557     }
1558     /// Whether this contains all the constructors for the given type or only a
1559     /// subset.
1560     fn all_ctors_are_missing(&self) -> bool {
1561         self.used_ctors.is_empty()
1562     }
1563
1564     /// Iterate over all_ctors \ used_ctors
1565     fn iter<'a>(&'a self) -> impl Iterator<Item = Constructor<'tcx>> + Captures<'a> {
1566         self.all_ctors.iter().flat_map(move |req_ctor| req_ctor.subtract_ctors(&self.used_ctors))
1567     }
1568 }
1569
1570 impl<'tcx> fmt::Debug for MissingConstructors<'tcx> {
1571     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1572         let ctors: Vec<_> = self.iter().collect();
1573         write!(f, "{:?}", ctors)
1574     }
1575 }
1576
1577 /// Algorithm from http://moscova.inria.fr/~maranget/papers/warn/index.html.
1578 /// The algorithm from the paper has been modified to correctly handle empty
1579 /// types. The changes are:
1580 ///   (0) We don't exit early if the pattern matrix has zero rows. We just
1581 ///       continue to recurse over columns.
1582 ///   (1) all_constructors will only return constructors that are statically
1583 ///       possible. E.g., it will only return `Ok` for `Result<T, !>`.
1584 ///
1585 /// This finds whether a (row) vector `v` of patterns is 'useful' in relation
1586 /// to a set of such vectors `m` - this is defined as there being a set of
1587 /// inputs that will match `v` but not any of the sets in `m`.
1588 ///
1589 /// All the patterns at each column of the `matrix ++ v` matrix must
1590 /// have the same type, except that wildcard (PatKind::Wild) patterns
1591 /// with type `TyErr` are also allowed, even if the "type of the column"
1592 /// is not `TyErr`. That is used to represent private fields, as using their
1593 /// real type would assert that they are inhabited.
1594 ///
1595 /// This is used both for reachability checking (if a pattern isn't useful in
1596 /// relation to preceding patterns, it is not reachable) and exhaustiveness
1597 /// checking (if a wildcard pattern is useful in relation to a matrix, the
1598 /// matrix isn't exhaustive).
1599 pub fn is_useful<'p, 'tcx>(
1600     cx: &mut MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1601     matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
1602     v: &PatStack<'p, 'tcx>,
1603     witness_preference: WitnessPreference,
1604     hir_id: HirId,
1605 ) -> Usefulness<'tcx> {
1606     let &Matrix(ref rows) = matrix;
1607     debug!("is_useful({:#?}, {:#?})", matrix, v);
1608
1609     // The base case. We are pattern-matching on () and the return value is
1610     // based on whether our matrix has a row or not.
1611     // NOTE: This could potentially be optimized by checking rows.is_empty()
1612     // first and then, if v is non-empty, the return value is based on whether
1613     // the type of the tuple we're checking is inhabited or not.
1614     if v.is_empty() {
1615         return if rows.is_empty() {
1616             Usefulness::new_useful(witness_preference)
1617         } else {
1618             NotUseful
1619         };
1620     };
1621
1622     assert!(rows.iter().all(|r| r.len() == v.len()));
1623
1624     // If the first pattern is an or-pattern, expand it.
1625     if let Some(vs) = v.expand_or_pat() {
1626         return vs
1627             .into_iter()
1628             .map(|v| is_useful(cx, matrix, &v, witness_preference, hir_id))
1629             .find(|result| result.is_useful())
1630             .unwrap_or(NotUseful);
1631     }
1632
1633     let (ty, span) = matrix
1634         .heads()
1635         .map(|r| (r.ty, r.span))
1636         .find(|(ty, _)| !ty.references_error())
1637         .unwrap_or((v.head().ty, v.head().span));
1638     let pcx = PatCtxt {
1639         // TyErr is used to represent the type of wildcard patterns matching
1640         // against inaccessible (private) fields of structs, so that we won't
1641         // be able to observe whether the types of the struct's fields are
1642         // inhabited.
1643         //
1644         // If the field is truly inaccessible, then all the patterns
1645         // matching against it must be wildcard patterns, so its type
1646         // does not matter.
1647         //
1648         // However, if we are matching against non-wildcard patterns, we
1649         // need to know the real type of the field so we can specialize
1650         // against it. This primarily occurs through constants - they
1651         // can include contents for fields that are inaccessible at the
1652         // location of the match. In that case, the field's type is
1653         // inhabited - by the constant - so we can just use it.
1654         //
1655         // FIXME: this might lead to "unstable" behavior with macro hygiene
1656         // introducing uninhabited patterns for inaccessible fields. We
1657         // need to figure out how to model that.
1658         ty,
1659         span,
1660     };
1661
1662     debug!("is_useful_expand_first_col: pcx={:#?}, expanding {:#?}", pcx, v.head());
1663
1664     if let Some(constructor) = pat_constructor(cx.tcx, cx.param_env, v.head()) {
1665         debug!("is_useful - expanding constructor: {:#?}", constructor);
1666         split_grouped_constructors(
1667             cx.tcx,
1668             cx.param_env,
1669             pcx,
1670             vec![constructor],
1671             matrix,
1672             pcx.span,
1673             Some(hir_id),
1674         )
1675         .into_iter()
1676         .map(|c| is_useful_specialized(cx, matrix, v, c, pcx.ty, witness_preference, hir_id))
1677         .find(|result| result.is_useful())
1678         .unwrap_or(NotUseful)
1679     } else {
1680         debug!("is_useful - expanding wildcard");
1681
1682         let used_ctors: Vec<Constructor<'_>> =
1683             matrix.heads().filter_map(|p| pat_constructor(cx.tcx, cx.param_env, p)).collect();
1684         debug!("used_ctors = {:#?}", used_ctors);
1685         // `all_ctors` are all the constructors for the given type, which
1686         // should all be represented (or caught with the wild pattern `_`).
1687         let all_ctors = all_constructors(cx, pcx);
1688         debug!("all_ctors = {:#?}", all_ctors);
1689
1690         // `missing_ctors` is the set of constructors from the same type as the
1691         // first column of `matrix` that are matched only by wildcard patterns
1692         // from the first column.
1693         //
1694         // Therefore, if there is some pattern that is unmatched by `matrix`,
1695         // it will still be unmatched if the first constructor is replaced by
1696         // any of the constructors in `missing_ctors`
1697
1698         // Missing constructors are those that are not matched by any non-wildcard patterns in the
1699         // current column. We only fully construct them on-demand, because they're rarely used and
1700         // can be big.
1701         let missing_ctors = MissingConstructors::new(all_ctors, used_ctors);
1702
1703         debug!("missing_ctors.empty()={:#?}", missing_ctors.is_empty(),);
1704
1705         if missing_ctors.is_empty() {
1706             let (all_ctors, _) = missing_ctors.into_inner();
1707             split_grouped_constructors(cx.tcx, cx.param_env, pcx, all_ctors, matrix, DUMMY_SP, None)
1708                 .into_iter()
1709                 .map(|c| {
1710                     is_useful_specialized(cx, matrix, v, c, pcx.ty, witness_preference, hir_id)
1711                 })
1712                 .find(|result| result.is_useful())
1713                 .unwrap_or(NotUseful)
1714         } else {
1715             let matrix = matrix.specialize_wildcard();
1716             let v = v.to_tail();
1717             let usefulness = is_useful(cx, &matrix, &v, witness_preference, hir_id);
1718
1719             // In this case, there's at least one "free"
1720             // constructor that is only matched against by
1721             // wildcard patterns.
1722             //
1723             // There are 2 ways we can report a witness here.
1724             // Commonly, we can report all the "free"
1725             // constructors as witnesses, e.g., if we have:
1726             //
1727             // ```
1728             //     enum Direction { N, S, E, W }
1729             //     let Direction::N = ...;
1730             // ```
1731             //
1732             // we can report 3 witnesses: `S`, `E`, and `W`.
1733             //
1734             // However, there is a case where we don't want
1735             // to do this and instead report a single `_` witness:
1736             // if the user didn't actually specify a constructor
1737             // in this arm, e.g., in
1738             // ```
1739             //     let x: (Direction, Direction, bool) = ...;
1740             //     let (_, _, false) = x;
1741             // ```
1742             // we don't want to show all 16 possible witnesses
1743             // `(<direction-1>, <direction-2>, true)` - we are
1744             // satisfied with `(_, _, true)`. In this case,
1745             // `used_ctors` is empty.
1746             if missing_ctors.all_ctors_are_missing() {
1747                 // All constructors are unused. Add a wild pattern
1748                 // rather than each individual constructor.
1749                 usefulness.apply_wildcard(pcx.ty)
1750             } else {
1751                 // Construct for each missing constructor a "wild" version of this
1752                 // constructor, that matches everything that can be built with
1753                 // it. For example, if `ctor` is a `Constructor::Variant` for
1754                 // `Option::Some`, we get the pattern `Some(_)`.
1755                 usefulness.apply_missing_ctors(cx, pcx.ty, &missing_ctors)
1756             }
1757         }
1758     }
1759 }
1760
1761 /// A shorthand for the `U(S(c, P), S(c, q))` operation from the paper. I.e., `is_useful` applied
1762 /// to the specialised version of both the pattern matrix `P` and the new pattern `q`.
1763 fn is_useful_specialized<'p, 'tcx>(
1764     cx: &mut MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1765     matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
1766     v: &PatStack<'p, 'tcx>,
1767     ctor: Constructor<'tcx>,
1768     lty: Ty<'tcx>,
1769     witness_preference: WitnessPreference,
1770     hir_id: HirId,
1771 ) -> Usefulness<'tcx> {
1772     debug!("is_useful_specialized({:#?}, {:#?}, {:?})", v, ctor, lty);
1773
1774     let ctor_wild_subpatterns =
1775         cx.pattern_arena.alloc_from_iter(ctor.wildcard_subpatterns(cx, lty));
1776     let matrix = matrix.specialize_constructor(cx, &ctor, ctor_wild_subpatterns);
1777     v.specialize_constructor(cx, &ctor, ctor_wild_subpatterns)
1778         .map(|v| is_useful(cx, &matrix, &v, witness_preference, hir_id))
1779         .map(|u| u.apply_constructor(cx, &ctor, lty))
1780         .unwrap_or(NotUseful)
1781 }
1782
1783 /// Determines the constructor that the given pattern can be specialized to.
1784 /// Returns `None` in case of a catch-all, which can't be specialized.
1785 fn pat_constructor<'tcx>(
1786     tcx: TyCtxt<'tcx>,
1787     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1788     pat: &Pat<'tcx>,
1789 ) -> Option<Constructor<'tcx>> {
1790     match *pat.kind {
1791         PatKind::AscribeUserType { .. } => bug!(), // Handled by `expand_pattern`
1792         PatKind::Binding { .. } | PatKind::Wild => None,
1793         PatKind::Leaf { .. } | PatKind::Deref { .. } => Some(Single),
1794         PatKind::Variant { adt_def, variant_index, .. } => {
1795             Some(Variant(adt_def.variants[variant_index].def_id))
1796         }
1797         PatKind::Constant { value } => {
1798             if let Some(int_range) = IntRange::from_const(tcx, param_env, value, pat.span) {
1799                 Some(IntRange(int_range))
1800             } else {
1801                 match (value.val, &value.ty.kind) {
1802                     (_, ty::Array(_, n)) => {
1803                         let len = n.eval_usize(tcx, param_env);
1804                         Some(Slice(Slice { array_len: Some(len), kind: FixedLen(len) }))
1805                     }
1806                     (ty::ConstKind::Value(ConstValue::Slice { start, end, .. }), ty::Slice(_)) => {
1807                         let len = (end - start) as u64;
1808                         Some(Slice(Slice { array_len: None, kind: FixedLen(len) }))
1809                     }
1810                     // FIXME(oli-obk): implement `deref` for `ConstValue`
1811                     // (ty::ConstKind::Value(ConstValue::ByRef { .. }), ty::Slice(_)) => { ... }
1812                     _ => Some(ConstantValue(value)),
1813                 }
1814             }
1815         }
1816         PatKind::Range(PatRange { lo, hi, end }) => {
1817             let ty = lo.ty;
1818             if let Some(int_range) = IntRange::from_range(
1819                 tcx,
1820                 lo.eval_bits(tcx, param_env, lo.ty),
1821                 hi.eval_bits(tcx, param_env, hi.ty),
1822                 ty,
1823                 &end,
1824                 pat.span,
1825             ) {
1826                 Some(IntRange(int_range))
1827             } else {
1828                 Some(FloatRange(lo, hi, end))
1829             }
1830         }
1831         PatKind::Array { ref prefix, ref slice, ref suffix }
1832         | PatKind::Slice { ref prefix, ref slice, ref suffix } => {
1833             let array_len = match pat.ty.kind {
1834                 ty::Array(_, length) => Some(length.eval_usize(tcx, param_env)),
1835                 ty::Slice(_) => None,
1836                 _ => span_bug!(pat.span, "bad ty {:?} for slice pattern", pat.ty),
1837             };
1838             let prefix = prefix.len() as u64;
1839             let suffix = suffix.len() as u64;
1840             let kind =
1841                 if slice.is_some() { VarLen(prefix, suffix) } else { FixedLen(prefix + suffix) };
1842             Some(Slice(Slice { array_len, kind }))
1843         }
1844         PatKind::Or { .. } => bug!("Or-pattern should have been expanded earlier on."),
1845     }
1846 }
1847
1848 // checks whether a constant is equal to a user-written slice pattern. Only supports byte slices,
1849 // meaning all other types will compare unequal and thus equal patterns often do not cause the
1850 // second pattern to lint about unreachable match arms.
1851 fn slice_pat_covered_by_const<'tcx>(
1852     tcx: TyCtxt<'tcx>,
1853     _span: Span,
1854     const_val: &'tcx ty::Const<'tcx>,
1855     prefix: &[Pat<'tcx>],
1856     slice: &Option<Pat<'tcx>>,
1857     suffix: &[Pat<'tcx>],
1858     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1859 ) -> Result<bool, ErrorReported> {
1860     let const_val_val = if let ty::ConstKind::Value(val) = const_val.val {
1861         val
1862     } else {
1863         bug!(
1864             "slice_pat_covered_by_const: {:#?}, {:#?}, {:#?}, {:#?}",
1865             const_val,
1866             prefix,
1867             slice,
1868             suffix,
1869         )
1870     };
1871
1872     let data: &[u8] = match (const_val_val, &const_val.ty.kind) {
1873         (ConstValue::ByRef { offset, alloc, .. }, ty::Array(t, n)) => {
1874             assert_eq!(*t, tcx.types.u8);
1875             let n = n.eval_usize(tcx, param_env);
1876             let ptr = Pointer::new(AllocId(0), offset);
1877             alloc.get_bytes(&tcx, ptr, Size::from_bytes(n)).unwrap()
1878         }
1879         (ConstValue::Slice { data, start, end }, ty::Slice(t)) => {
1880             assert_eq!(*t, tcx.types.u8);
1881             let ptr = Pointer::new(AllocId(0), Size::from_bytes(start as u64));
1882             data.get_bytes(&tcx, ptr, Size::from_bytes((end - start) as u64)).unwrap()
1883         }
1884         // FIXME(oli-obk): create a way to extract fat pointers from ByRef
1885         (_, ty::Slice(_)) => return Ok(false),
1886         _ => bug!(
1887             "slice_pat_covered_by_const: {:#?}, {:#?}, {:#?}, {:#?}",
1888             const_val,
1889             prefix,
1890             slice,
1891             suffix,
1892         ),
1893     };
1894
1895     let pat_len = prefix.len() + suffix.len();
1896     if data.len() < pat_len || (slice.is_none() && data.len() > pat_len) {
1897         return Ok(false);
1898     }
1899
1900     for (ch, pat) in data[..prefix.len()]
1901         .iter()
1902         .zip(prefix)
1903         .chain(data[data.len() - suffix.len()..].iter().zip(suffix))
1904     {
1905         match pat.kind {
1906             box PatKind::Constant { value } => {
1907                 let b = value.eval_bits(tcx, param_env, pat.ty);
1908                 assert_eq!(b as u8 as u128, b);
1909                 if b as u8 != *ch {
1910                     return Ok(false);
1911                 }
1912             }
1913             _ => {}
1914         }
1915     }
1916
1917     Ok(true)
1918 }
1919
1920 /// For exhaustive integer matching, some constructors are grouped within other constructors
1921 /// (namely integer typed values are grouped within ranges). However, when specialising these
1922 /// constructors, we want to be specialising for the underlying constructors (the integers), not
1923 /// the groups (the ranges). Thus we need to split the groups up. Splitting them up naïvely would
1924 /// mean creating a separate constructor for every single value in the range, which is clearly
1925 /// impractical. However, observe that for some ranges of integers, the specialisation will be
1926 /// identical across all values in that range (i.e., there are equivalence classes of ranges of
1927 /// constructors based on their `is_useful_specialized` outcome). These classes are grouped by
1928 /// the patterns that apply to them (in the matrix `P`). We can split the range whenever the
1929 /// patterns that apply to that range (specifically: the patterns that *intersect* with that range)
1930 /// change.
1931 /// Our solution, therefore, is to split the range constructor into subranges at every single point
1932 /// the group of intersecting patterns changes (using the method described below).
1933 /// And voilà! We're testing precisely those ranges that we need to, without any exhaustive matching
1934 /// on actual integers. The nice thing about this is that the number of subranges is linear in the
1935 /// number of rows in the matrix (i.e., the number of cases in the `match` statement), so we don't
1936 /// need to be worried about matching over gargantuan ranges.
1937 ///
1938 /// Essentially, given the first column of a matrix representing ranges, looking like the following:
1939 ///
1940 /// |------|  |----------| |-------|    ||
1941 ///    |-------| |-------|            |----| ||
1942 ///       |---------|
1943 ///
1944 /// We split the ranges up into equivalence classes so the ranges are no longer overlapping:
1945 ///
1946 /// |--|--|||-||||--||---|||-------|  |-|||| ||
1947 ///
1948 /// The logic for determining how to split the ranges is fairly straightforward: we calculate
1949 /// boundaries for each interval range, sort them, then create constructors for each new interval
1950 /// between every pair of boundary points. (This essentially sums up to performing the intuitive
1951 /// merging operation depicted above.)
1952 ///
1953 /// `hir_id` is `None` when we're evaluating the wildcard pattern, do not lint for overlapping in
1954 /// ranges that case.
1955 ///
1956 /// This also splits variable-length slices into fixed-length slices.
1957 fn split_grouped_constructors<'p, 'tcx>(
1958     tcx: TyCtxt<'tcx>,
1959     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1960     pcx: PatCtxt<'tcx>,
1961     ctors: Vec<Constructor<'tcx>>,
1962     matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
1963     span: Span,
1964     hir_id: Option<HirId>,
1965 ) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
1966     let ty = pcx.ty;
1967     let mut split_ctors = Vec::with_capacity(ctors.len());
1968     debug!("split_grouped_constructors({:#?}, {:#?})", matrix, ctors);
1969
1970     for ctor in ctors.into_iter() {
1971         match ctor {
1972             IntRange(ctor_range) if ctor_range.treat_exhaustively(tcx) => {
1973                 // Fast-track if the range is trivial. In particular, don't do the overlapping
1974                 // ranges check.
1975                 if ctor_range.is_singleton() {
1976                     split_ctors.push(IntRange(ctor_range));
1977                     continue;
1978                 }
1979
1980                 /// Represents a border between 2 integers. Because the intervals spanning borders
1981                 /// must be able to cover every integer, we need to be able to represent
1982                 /// 2^128 + 1 such borders.
1983                 #[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Debug)]
1984                 enum Border {
1985                     JustBefore(u128),
1986                     AfterMax,
1987                 }
1988
1989                 // A function for extracting the borders of an integer interval.
1990                 fn range_borders(r: IntRange<'_>) -> impl Iterator<Item = Border> {
1991                     let (lo, hi) = r.range.into_inner();
1992                     let from = Border::JustBefore(lo);
1993                     let to = match hi.checked_add(1) {
1994                         Some(m) => Border::JustBefore(m),
1995                         None => Border::AfterMax,
1996                     };
1997                     vec![from, to].into_iter()
1998                 }
1999
2000                 // Collect the span and range of all the intersecting ranges to lint on likely
2001                 // incorrect range patterns. (#63987)
2002                 let mut overlaps = vec![];
2003                 // `borders` is the set of borders between equivalence classes: each equivalence
2004                 // class lies between 2 borders.
2005                 let row_borders = matrix
2006                     .0
2007                     .iter()
2008                     .flat_map(|row| {
2009                         IntRange::from_pat(tcx, param_env, row.head()).map(|r| (r, row.len()))
2010                     })
2011                     .flat_map(|(range, row_len)| {
2012                         let intersection = ctor_range.intersection(tcx, &range);
2013                         let should_lint = ctor_range.suspicious_intersection(&range);
2014                         if let (Some(range), 1, true) = (&intersection, row_len, should_lint) {
2015                             // FIXME: for now, only check for overlapping ranges on simple range
2016                             // patterns. Otherwise with the current logic the following is detected
2017                             // as overlapping:
2018                             //   match (10u8, true) {
2019                             //    (0 ..= 125, false) => {}
2020                             //    (126 ..= 255, false) => {}
2021                             //    (0 ..= 255, true) => {}
2022                             //  }
2023                             overlaps.push(range.clone());
2024                         }
2025                         intersection
2026                     })
2027                     .flat_map(|range| range_borders(range));
2028                 let ctor_borders = range_borders(ctor_range.clone());
2029                 let mut borders: Vec<_> = row_borders.chain(ctor_borders).collect();
2030                 borders.sort_unstable();
2031
2032                 lint_overlapping_patterns(tcx, hir_id, ctor_range, ty, overlaps);
2033
2034                 // We're going to iterate through every adjacent pair of borders, making sure that
2035                 // each represents an interval of nonnegative length, and convert each such
2036                 // interval into a constructor.
2037                 split_ctors.extend(
2038                     borders
2039                         .windows(2)
2040                         .filter_map(|window| match (window[0], window[1]) {
2041                             (Border::JustBefore(n), Border::JustBefore(m)) => {
2042                                 if n < m {
2043                                     Some(IntRange { range: n..=(m - 1), ty, span })
2044                                 } else {
2045                                     None
2046                                 }
2047                             }
2048                             (Border::JustBefore(n), Border::AfterMax) => {
2049                                 Some(IntRange { range: n..=u128::MAX, ty, span })
2050                             }
2051                             (Border::AfterMax, _) => None,
2052                         })
2053                         .map(IntRange),
2054                 );
2055             }
2056             Slice(Slice { array_len, kind: VarLen(self_prefix, self_suffix) }) => {
2057                 // The exhaustiveness-checking paper does not include any details on
2058                 // checking variable-length slice patterns. However, they are matched
2059                 // by an infinite collection of fixed-length array patterns.
2060                 //
2061                 // Checking the infinite set directly would take an infinite amount
2062                 // of time. However, it turns out that for each finite set of
2063                 // patterns `P`, all sufficiently large array lengths are equivalent:
2064                 //
2065                 // Each slice `s` with a "sufficiently-large" length `l ≥ L` that applies
2066                 // to exactly the subset `Pₜ` of `P` can be transformed to a slice
2067                 // `sₘ` for each sufficiently-large length `m` that applies to exactly
2068                 // the same subset of `P`.
2069                 //
2070                 // Because of that, each witness for reachability-checking from one
2071                 // of the sufficiently-large lengths can be transformed to an
2072                 // equally-valid witness from any other length, so we only have
2073                 // to check slice lengths from the "minimal sufficiently-large length"
2074                 // and below.
2075                 //
2076                 // Note that the fact that there is a *single* `sₘ` for each `m`
2077                 // not depending on the specific pattern in `P` is important: if
2078                 // you look at the pair of patterns
2079                 //     `[true, ..]`
2080                 //     `[.., false]`
2081                 // Then any slice of length ≥1 that matches one of these two
2082                 // patterns can be trivially turned to a slice of any
2083                 // other length ≥1 that matches them and vice-versa - for
2084                 // but the slice from length 2 `[false, true]` that matches neither
2085                 // of these patterns can't be turned to a slice from length 1 that
2086                 // matches neither of these patterns, so we have to consider
2087                 // slices from length 2 there.
2088                 //
2089                 // Now, to see that that length exists and find it, observe that slice
2090                 // patterns are either "fixed-length" patterns (`[_, _, _]`) or
2091                 // "variable-length" patterns (`[_, .., _]`).
2092                 //
2093                 // For fixed-length patterns, all slices with lengths *longer* than
2094                 // the pattern's length have the same outcome (of not matching), so
2095                 // as long as `L` is greater than the pattern's length we can pick
2096                 // any `sₘ` from that length and get the same result.
2097                 //
2098                 // For variable-length patterns, the situation is more complicated,
2099                 // because as seen above the precise value of `sₘ` matters.
2100                 //
2101                 // However, for each variable-length pattern `p` with a prefix of length
2102                 // `plₚ` and suffix of length `slₚ`, only the first `plₚ` and the last
2103                 // `slₚ` elements are examined.
2104                 //
2105                 // Therefore, as long as `L` is positive (to avoid concerns about empty
2106                 // types), all elements after the maximum prefix length and before
2107                 // the maximum suffix length are not examined by any variable-length
2108                 // pattern, and therefore can be added/removed without affecting
2109                 // them - creating equivalent patterns from any sufficiently-large
2110                 // length.
2111                 //
2112                 // Of course, if fixed-length patterns exist, we must be sure
2113                 // that our length is large enough to miss them all, so
2114                 // we can pick `L = max(max(FIXED_LEN)+1, max(PREFIX_LEN) + max(SUFFIX_LEN))`
2115                 //
2116                 // for example, with the above pair of patterns, all elements
2117                 // but the first and last can be added/removed, so any
2118                 // witness of length ≥2 (say, `[false, false, true]`) can be
2119                 // turned to a witness from any other length ≥2.
2120
2121                 let mut max_prefix_len = self_prefix;
2122                 let mut max_suffix_len = self_suffix;
2123                 let mut max_fixed_len = 0;
2124
2125                 let head_ctors =
2126                     matrix.heads().filter_map(|pat| pat_constructor(tcx, param_env, pat));
2127                 for ctor in head_ctors {
2128                     match ctor {
2129                         Slice(slice) => match slice.pattern_kind() {
2130                             FixedLen(len) => {
2131                                 max_fixed_len = cmp::max(max_fixed_len, len);
2132                             }
2133                             VarLen(prefix, suffix) => {
2134                                 max_prefix_len = cmp::max(max_prefix_len, prefix);
2135                                 max_suffix_len = cmp::max(max_suffix_len, suffix);
2136                             }
2137                         },
2138                         _ => {}
2139                     }
2140                 }
2141
2142                 // For diagnostics, we keep the prefix and suffix lengths separate, so in the case
2143                 // where `max_fixed_len + 1` is the largest, we adapt `max_prefix_len` accordingly,
2144                 // so that `L = max_prefix_len + max_suffix_len`.
2145                 if max_fixed_len + 1 >= max_prefix_len + max_suffix_len {
2146                     // The subtraction can't overflow thanks to the above check.
2147                     // The new `max_prefix_len` is also guaranteed to be larger than its previous
2148                     // value.
2149                     max_prefix_len = max_fixed_len + 1 - max_suffix_len;
2150                 }
2151
2152                 match array_len {
2153                     Some(len) => {
2154                         let kind = if max_prefix_len + max_suffix_len < len {
2155                             VarLen(max_prefix_len, max_suffix_len)
2156                         } else {
2157                             FixedLen(len)
2158                         };
2159                         split_ctors.push(Slice(Slice { array_len, kind }));
2160                     }
2161                     None => {
2162                         // `ctor` originally covered the range `(self_prefix +
2163                         // self_suffix..infinity)`. We now split it into two: lengths smaller than
2164                         // `max_prefix_len + max_suffix_len` are treated independently as
2165                         // fixed-lengths slices, and lengths above are captured by a final VarLen
2166                         // constructor.
2167                         split_ctors.extend(
2168                             (self_prefix + self_suffix..max_prefix_len + max_suffix_len)
2169                                 .map(|len| Slice(Slice { array_len, kind: FixedLen(len) })),
2170                         );
2171                         split_ctors.push(Slice(Slice {
2172                             array_len,
2173                             kind: VarLen(max_prefix_len, max_suffix_len),
2174                         }));
2175                     }
2176                 }
2177             }
2178             // Any other constructor can be used unchanged.
2179             _ => split_ctors.push(ctor),
2180         }
2181     }
2182
2183     debug!("split_grouped_constructors(..)={:#?}", split_ctors);
2184     split_ctors
2185 }
2186
2187 fn lint_overlapping_patterns(
2188     tcx: TyCtxt<'tcx>,
2189     hir_id: Option<HirId>,
2190     ctor_range: IntRange<'tcx>,
2191     ty: Ty<'tcx>,
2192     overlaps: Vec<IntRange<'tcx>>,
2193 ) {
2194     if let (true, Some(hir_id)) = (!overlaps.is_empty(), hir_id) {
2195         let mut err = tcx.struct_span_lint_hir(
2196             lint::builtin::OVERLAPPING_PATTERNS,
2197             hir_id,
2198             ctor_range.span,
2199             "multiple patterns covering the same range",
2200         );
2201         err.span_label(ctor_range.span, "overlapping patterns");
2202         for int_range in overlaps {
2203             // Use the real type for user display of the ranges:
2204             err.span_label(
2205                 int_range.span,
2206                 &format!(
2207                     "this range overlaps on `{}`",
2208                     IntRange { range: int_range.range, ty, span: DUMMY_SP }.to_pat(tcx),
2209                 ),
2210             );
2211         }
2212         err.emit();
2213     }
2214 }
2215
2216 fn constructor_covered_by_range<'tcx>(
2217     tcx: TyCtxt<'tcx>,
2218     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
2219     ctor: &Constructor<'tcx>,
2220     pat: &Pat<'tcx>,
2221 ) -> Option<()> {
2222     if let Single = ctor {
2223         return Some(());
2224     }
2225
2226     let (pat_from, pat_to, pat_end, ty) = match *pat.kind {
2227         PatKind::Constant { value } => (value, value, RangeEnd::Included, value.ty),
2228         PatKind::Range(PatRange { lo, hi, end }) => (lo, hi, end, lo.ty),
2229         _ => bug!("`constructor_covered_by_range` called with {:?}", pat),
2230     };
2231     let (ctor_from, ctor_to, ctor_end) = match *ctor {
2232         ConstantValue(value) => (value, value, RangeEnd::Included),
2233         FloatRange(from, to, ctor_end) => (from, to, ctor_end),
2234         _ => bug!("`constructor_covered_by_range` called with {:?}", ctor),
2235     };
2236     trace!("constructor_covered_by_range {:#?}, {:#?}, {:#?}, {}", ctor, pat_from, pat_to, ty);
2237
2238     let to = compare_const_vals(tcx, ctor_to, pat_to, param_env, ty)?;
2239     let from = compare_const_vals(tcx, ctor_from, pat_from, param_env, ty)?;
2240     let intersects = (from == Ordering::Greater || from == Ordering::Equal)
2241         && (to == Ordering::Less || (pat_end == ctor_end && to == Ordering::Equal));
2242     if intersects { Some(()) } else { None }
2243 }
2244
2245 fn patterns_for_variant<'p, 'tcx>(
2246     cx: &mut MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
2247     subpatterns: &'p [FieldPat<'tcx>],
2248     ctor_wild_subpatterns: &'p [Pat<'tcx>],
2249     is_non_exhaustive: bool,
2250 ) -> PatStack<'p, 'tcx> {
2251     let mut result: SmallVec<_> = ctor_wild_subpatterns.iter().collect();
2252
2253     for subpat in subpatterns {
2254         if !is_non_exhaustive || !cx.is_uninhabited(subpat.pattern.ty) {
2255             result[subpat.field.index()] = &subpat.pattern;
2256         }
2257     }
2258
2259     debug!(
2260         "patterns_for_variant({:#?}, {:#?}) = {:#?}",
2261         subpatterns, ctor_wild_subpatterns, result
2262     );
2263     PatStack::from_vec(result)
2264 }
2265
2266 /// This is the main specialization step. It expands the pattern
2267 /// into `arity` patterns based on the constructor. For most patterns, the step is trivial,
2268 /// for instance tuple patterns are flattened and box patterns expand into their inner pattern.
2269 /// Returns `None` if the pattern does not have the given constructor.
2270 ///
2271 /// OTOH, slice patterns with a subslice pattern (tail @ ..) can be expanded into multiple
2272 /// different patterns.
2273 /// Structure patterns with a partial wild pattern (Foo { a: 42, .. }) have their missing
2274 /// fields filled with wild patterns.
2275 fn specialize_one_pattern<'p, 'tcx>(
2276     cx: &mut MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
2277     pat: &'p Pat<'tcx>,
2278     constructor: &Constructor<'tcx>,
2279     ctor_wild_subpatterns: &'p [Pat<'tcx>],
2280 ) -> Option<PatStack<'p, 'tcx>> {
2281     if let NonExhaustive = constructor {
2282         // Only a wildcard pattern can match the special extra constructor
2283         return if pat.is_wildcard() { Some(PatStack::default()) } else { None };
2284     }
2285
2286     let result = match *pat.kind {
2287         PatKind::AscribeUserType { .. } => bug!(), // Handled by `expand_pattern`
2288
2289         PatKind::Binding { .. } | PatKind::Wild => Some(ctor_wild_subpatterns.iter().collect()),
2290
2291         PatKind::Variant { adt_def, variant_index, ref subpatterns, .. } => {
2292             let ref variant = adt_def.variants[variant_index];
2293             let is_non_exhaustive = variant.is_field_list_non_exhaustive() && !cx.is_local(pat.ty);
2294             Some(Variant(variant.def_id))
2295                 .filter(|variant_constructor| variant_constructor == constructor)
2296                 .map(|_| {
2297                     patterns_for_variant(cx, subpatterns, ctor_wild_subpatterns, is_non_exhaustive)
2298                 })
2299         }
2300
2301         PatKind::Leaf { ref subpatterns } => {
2302             Some(patterns_for_variant(cx, subpatterns, ctor_wild_subpatterns, false))
2303         }
2304
2305         PatKind::Deref { ref subpattern } => Some(PatStack::from_pattern(subpattern)),
2306
2307         PatKind::Constant { value } if constructor.is_slice() => {
2308             // We extract an `Option` for the pointer because slices of zero
2309             // elements don't necessarily point to memory, they are usually
2310             // just integers. The only time they should be pointing to memory
2311             // is when they are subslices of nonzero slices.
2312             let (alloc, offset, n, ty) = match value.ty.kind {
2313                 ty::Array(t, n) => match value.val {
2314                     ty::ConstKind::Value(ConstValue::ByRef { offset, alloc, .. }) => {
2315                         (alloc, offset, n.eval_usize(cx.tcx, cx.param_env), t)
2316                     }
2317                     _ => span_bug!(pat.span, "array pattern is {:?}", value,),
2318                 },
2319                 ty::Slice(t) => {
2320                     match value.val {
2321                         ty::ConstKind::Value(ConstValue::Slice { data, start, end }) => {
2322                             (data, Size::from_bytes(start as u64), (end - start) as u64, t)
2323                         }
2324                         ty::ConstKind::Value(ConstValue::ByRef { .. }) => {
2325                             // FIXME(oli-obk): implement `deref` for `ConstValue`
2326                             return None;
2327                         }
2328                         _ => span_bug!(
2329                             pat.span,
2330                             "slice pattern constant must be scalar pair but is {:?}",
2331                             value,
2332                         ),
2333                     }
2334                 }
2335                 _ => span_bug!(
2336                     pat.span,
2337                     "unexpected const-val {:?} with ctor {:?}",
2338                     value,
2339                     constructor,
2340                 ),
2341             };
2342             if ctor_wild_subpatterns.len() as u64 == n {
2343                 // convert a constant slice/array pattern to a list of patterns.
2344                 let layout = cx.tcx.layout_of(cx.param_env.and(ty)).ok()?;
2345                 let ptr = Pointer::new(AllocId(0), offset);
2346                 (0..n)
2347                     .map(|i| {
2348                         let ptr = ptr.offset(layout.size * i, &cx.tcx).ok()?;
2349                         let scalar = alloc.read_scalar(&cx.tcx, ptr, layout.size).ok()?;
2350                         let scalar = scalar.not_undef().ok()?;
2351                         let value = ty::Const::from_scalar(cx.tcx, scalar, ty);
2352                         let pattern =
2353                             Pat { ty, span: pat.span, kind: box PatKind::Constant { value } };
2354                         Some(&*cx.pattern_arena.alloc(pattern))
2355                     })
2356                     .collect()
2357             } else {
2358                 None
2359             }
2360         }
2361
2362         PatKind::Constant { .. } | PatKind::Range { .. } => {
2363             // If the constructor is a:
2364             // - Single value: add a row if the pattern contains the constructor.
2365             // - Range: add a row if the constructor intersects the pattern.
2366             if let IntRange(ctor) = constructor {
2367                 match IntRange::from_pat(cx.tcx, cx.param_env, pat) {
2368                     Some(pat) => ctor.intersection(cx.tcx, &pat).map(|_| {
2369                         // Constructor splitting should ensure that all intersections we encounter
2370                         // are actually inclusions.
2371                         assert!(ctor.is_subrange(&pat));
2372                         PatStack::default()
2373                     }),
2374                     _ => None,
2375                 }
2376             } else {
2377                 // Fallback for non-ranges and ranges that involve
2378                 // floating-point numbers, which are not conveniently handled
2379                 // by `IntRange`. For these cases, the constructor may not be a
2380                 // range so intersection actually devolves into being covered
2381                 // by the pattern.
2382                 constructor_covered_by_range(cx.tcx, cx.param_env, constructor, pat)
2383                     .map(|()| PatStack::default())
2384             }
2385         }
2386
2387         PatKind::Array { ref prefix, ref slice, ref suffix }
2388         | PatKind::Slice { ref prefix, ref slice, ref suffix } => match *constructor {
2389             Slice(_) => {
2390                 let pat_len = prefix.len() + suffix.len();
2391                 if let Some(slice_count) = ctor_wild_subpatterns.len().checked_sub(pat_len) {
2392                     if slice_count == 0 || slice.is_some() {
2393                         Some(
2394                             prefix
2395                                 .iter()
2396                                 .chain(
2397                                     ctor_wild_subpatterns
2398                                         .iter()
2399                                         .skip(prefix.len())
2400                                         .take(slice_count)
2401                                         .chain(suffix.iter()),
2402                                 )
2403                                 .collect(),
2404                         )
2405                     } else {
2406                         None
2407                     }
2408                 } else {
2409                     None
2410                 }
2411             }
2412             ConstantValue(cv) => {
2413                 match slice_pat_covered_by_const(
2414                     cx.tcx,
2415                     pat.span,
2416                     cv,
2417                     prefix,
2418                     slice,
2419                     suffix,
2420                     cx.param_env,
2421                 ) {
2422                     Ok(true) => Some(PatStack::default()),
2423                     Ok(false) => None,
2424                     Err(ErrorReported) => None,
2425                 }
2426             }
2427             _ => span_bug!(pat.span, "unexpected ctor {:?} for slice pat", constructor),
2428         },
2429
2430         PatKind::Or { .. } => bug!("Or-pattern should have been expanded earlier on."),
2431     };
2432     debug!("specialize({:#?}, {:#?}) = {:#?}", pat, ctor_wild_subpatterns, result);
2433
2434     result
2435 }