]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc_mir/hair/pattern/_match.rs
Rollup merge of #64007 - estebank:overlapping-patterns, r=matthewjasper
[rust.git] / src / librustc_mir / hair / pattern / _match.rs
1 /// This file includes the logic for exhaustiveness and usefulness checking for
2 /// pattern-matching. Specifically, given a list of patterns for a type, we can
3 /// tell whether:
4 /// (a) the patterns cover every possible constructor for the type [exhaustiveness]
5 /// (b) each pattern is necessary [usefulness]
6 ///
7 /// The algorithm implemented here is a modified version of the one described in:
8 /// http://moscova.inria.fr/~maranget/papers/warn/index.html
9 /// However, to save future implementors from reading the original paper, we
10 /// summarise the algorithm here to hopefully save time and be a little clearer
11 /// (without being so rigorous).
12 ///
13 /// The core of the algorithm revolves about a "usefulness" check. In particular, we
14 /// are trying to compute a predicate `U(P, p_{m + 1})` where `P` is a list of patterns
15 /// of length `m` for a compound (product) type with `n` components (we refer to this as
16 /// a matrix). `U(P, p_{m + 1})` represents whether, given an existing list of patterns
17 /// `p_1 ..= p_m`, adding a new pattern will be "useful" (that is, cover previously-
18 /// uncovered values of the type).
19 ///
20 /// If we have this predicate, then we can easily compute both exhaustiveness of an
21 /// entire set of patterns and the individual usefulness of each one.
22 /// (a) the set of patterns is exhaustive iff `U(P, _)` is false (i.e., adding a wildcard
23 /// match doesn't increase the number of values we're matching)
24 /// (b) a pattern `p_i` is not useful if `U(P[0..=(i-1), p_i)` is false (i.e., adding a
25 /// pattern to those that have come before it doesn't increase the number of values
26 /// we're matching).
27 ///
28 /// For example, say we have the following:
29 /// ```
30 ///     // x: (Option<bool>, Result<()>)
31 ///     match x {
32 ///         (Some(true), _) => {}
33 ///         (None, Err(())) => {}
34 ///         (None, Err(_)) => {}
35 ///     }
36 /// ```
37 /// Here, the matrix `P` is 3 x 2 (rows x columns).
38 /// [
39 ///     [Some(true), _],
40 ///     [None, Err(())],
41 ///     [None, Err(_)],
42 /// ]
43 /// We can tell it's not exhaustive, because `U(P, _)` is true (we're not covering
44 /// `[Some(false), _]`, for instance). In addition, row 3 is not useful, because
45 /// all the values it covers are already covered by row 2.
46 ///
47 /// To compute `U`, we must have two other concepts.
48 ///     1. `S(c, P)` is a "specialized matrix", where `c` is a constructor (like `Some` or
49 ///        `None`). You can think of it as filtering `P` to just the rows whose *first* pattern
50 ///        can cover `c` (and expanding OR-patterns into distinct patterns), and then expanding
51 ///        the constructor into all of its components.
52 ///        The specialization of a row vector is computed by `specialize`.
53 ///
54 ///        It is computed as follows. For each row `p_i` of P, we have four cases:
55 ///             1.1. `p_(i,1) = c(r_1, .., r_a)`. Then `S(c, P)` has a corresponding row:
56 ///                     r_1, .., r_a, p_(i,2), .., p_(i,n)
57 ///             1.2. `p_(i,1) = c'(r_1, .., r_a')` where `c ≠ c'`. Then `S(c, P)` has no
58 ///                  corresponding row.
59 ///             1.3. `p_(i,1) = _`. Then `S(c, P)` has a corresponding row:
60 ///                     _, .., _, p_(i,2), .., p_(i,n)
61 ///             1.4. `p_(i,1) = r_1 | r_2`. Then `S(c, P)` has corresponding rows inlined from:
62 ///                     S(c, (r_1, p_(i,2), .., p_(i,n)))
63 ///                     S(c, (r_2, p_(i,2), .., p_(i,n)))
64 ///
65 ///     2. `D(P)` is a "default matrix". This is used when we know there are missing
66 ///        constructor cases, but there might be existing wildcard patterns, so to check the
67 ///        usefulness of the matrix, we have to check all its *other* components.
68 ///        The default matrix is computed inline in `is_useful`.
69 ///
70 ///         It is computed as follows. For each row `p_i` of P, we have three cases:
71 ///             1.1. `p_(i,1) = c(r_1, .., r_a)`. Then `D(P)` has no corresponding row.
72 ///             1.2. `p_(i,1) = _`. Then `D(P)` has a corresponding row:
73 ///                     p_(i,2), .., p_(i,n)
74 ///             1.3. `p_(i,1) = r_1 | r_2`. Then `D(P)` has corresponding rows inlined from:
75 ///                     D((r_1, p_(i,2), .., p_(i,n)))
76 ///                     D((r_2, p_(i,2), .., p_(i,n)))
77 ///
78 ///     Note that the OR-patterns are not always used directly in Rust, but are used to derive
79 ///     the exhaustive integer matching rules, so they're written here for posterity.
80 ///
81 /// The algorithm for computing `U`
82 /// -------------------------------
83 /// The algorithm is inductive (on the number of columns: i.e., components of tuple patterns).
84 /// That means we're going to check the components from left-to-right, so the algorithm
85 /// operates principally on the first component of the matrix and new pattern `p_{m + 1}`.
86 /// This algorithm is realised in the `is_useful` function.
87 ///
88 /// Base case. (`n = 0`, i.e., an empty tuple pattern)
89 ///     - If `P` already contains an empty pattern (i.e., if the number of patterns `m > 0`),
90 ///       then `U(P, p_{m + 1})` is false.
91 ///     - Otherwise, `P` must be empty, so `U(P, p_{m + 1})` is true.
92 ///
93 /// Inductive step. (`n > 0`, i.e., whether there's at least one column
94 ///                  [which may then be expanded into further columns later])
95 ///     We're going to match on the new pattern, `p_{m + 1}`.
96 ///         - If `p_{m + 1} == c(r_1, .., r_a)`, then we have a constructor pattern.
97 ///           Thus, the usefulness of `p_{m + 1}` can be reduced to whether it is useful when
98 ///           we ignore all the patterns in `P` that involve other constructors. This is where
99 ///           `S(c, P)` comes in:
100 ///           `U(P, p_{m + 1}) := U(S(c, P), S(c, p_{m + 1}))`
101 ///           This special case is handled in `is_useful_specialized`.
102 ///         - If `p_{m + 1} == _`, then we have two more cases:
103 ///             + All the constructors of the first component of the type exist within
104 ///               all the rows (after having expanded OR-patterns). In this case:
105 ///               `U(P, p_{m + 1}) := ∨(k ϵ constructors) U(S(k, P), S(k, p_{m + 1}))`
106 ///               I.e., the pattern `p_{m + 1}` is only useful when all the constructors are
107 ///               present *if* its later components are useful for the respective constructors
108 ///               covered by `p_{m + 1}` (usually a single constructor, but all in the case of `_`).
109 ///             + Some constructors are not present in the existing rows (after having expanded
110 ///               OR-patterns). However, there might be wildcard patterns (`_`) present. Thus, we
111 ///               are only really concerned with the other patterns leading with wildcards. This is
112 ///               where `D` comes in:
113 ///               `U(P, p_{m + 1}) := U(D(P), p_({m + 1},2), ..,  p_({m + 1},n))`
114 ///         - If `p_{m + 1} == r_1 | r_2`, then the usefulness depends on each separately:
115 ///           `U(P, p_{m + 1}) := U(P, (r_1, p_({m + 1},2), .., p_({m + 1},n)))
116 ///                            || U(P, (r_2, p_({m + 1},2), .., p_({m + 1},n)))`
117 ///
118 /// Modifications to the algorithm
119 /// ------------------------------
120 /// The algorithm in the paper doesn't cover some of the special cases that arise in Rust, for
121 /// example uninhabited types and variable-length slice patterns. These are drawn attention to
122 /// throughout the code below. I'll make a quick note here about how exhaustive integer matching
123 /// is accounted for, though.
124 ///
125 /// Exhaustive integer matching
126 /// ---------------------------
127 /// An integer type can be thought of as a (huge) sum type: 1 | 2 | 3 | ...
128 /// So to support exhaustive integer matching, we can make use of the logic in the paper for
129 /// OR-patterns. However, we obviously can't just treat ranges x..=y as individual sums, because
130 /// they are likely gigantic. So we instead treat ranges as constructors of the integers. This means
131 /// that we have a constructor *of* constructors (the integers themselves). We then need to work
132 /// through all the inductive step rules above, deriving how the ranges would be treated as
133 /// OR-patterns, and making sure that they're treated in the same way even when they're ranges.
134 /// There are really only four special cases here:
135 /// - When we match on a constructor that's actually a range, we have to treat it as if we would
136 ///   an OR-pattern.
137 ///     + It turns out that we can simply extend the case for single-value patterns in
138 ///      `specialize` to either be *equal* to a value constructor, or *contained within* a range
139 ///      constructor.
140 ///     + When the pattern itself is a range, you just want to tell whether any of the values in
141 ///       the pattern range coincide with values in the constructor range, which is precisely
142 ///       intersection.
143 ///   Since when encountering a range pattern for a value constructor, we also use inclusion, it
144 ///   means that whenever the constructor is a value/range and the pattern is also a value/range,
145 ///   we can simply use intersection to test usefulness.
146 /// - When we're testing for usefulness of a pattern and the pattern's first component is a
147 ///   wildcard.
148 ///     + If all the constructors appear in the matrix, we have a slight complication. By default,
149 ///       the behaviour (i.e., a disjunction over specialised matrices for each constructor) is
150 ///       invalid, because we want a disjunction over every *integer* in each range, not just a
151 ///       disjunction over every range. This is a bit more tricky to deal with: essentially we need
152 ///       to form equivalence classes of subranges of the constructor range for which the behaviour
153 ///       of the matrix `P` and new pattern `p_{m + 1}` are the same. This is described in more
154 ///       detail in `split_grouped_constructors`.
155 ///     + If some constructors are missing from the matrix, it turns out we don't need to do
156 ///       anything special (because we know none of the integers are actually wildcards: i.e., we
157 ///       can't span wildcards using ranges).
158
159 use self::Constructor::*;
160 use self::Usefulness::*;
161 use self::WitnessPreference::*;
162
163 use rustc_data_structures::fx::FxHashMap;
164 use rustc_index::vec::Idx;
165
166 use super::{FieldPat, Pat, PatKind, PatRange};
167 use super::{PatternFoldable, PatternFolder, compare_const_vals};
168
169 use rustc::hir::def_id::DefId;
170 use rustc::hir::{RangeEnd, HirId};
171 use rustc::ty::{self, Ty, TyCtxt, TypeFoldable, Const};
172 use rustc::ty::layout::{Integer, IntegerExt, VariantIdx, Size};
173
174 use rustc::mir::Field;
175 use rustc::mir::interpret::{ConstValue, Scalar, truncate, AllocId, Pointer};
176 use rustc::util::common::ErrorReported;
177 use rustc::lint;
178
179 use syntax::attr::{SignedInt, UnsignedInt};
180 use syntax_pos::{Span, DUMMY_SP};
181
182 use arena::TypedArena;
183
184 use smallvec::{SmallVec, smallvec};
185 use std::cmp::{self, Ordering, min, max};
186 use std::fmt;
187 use std::iter::{FromIterator, IntoIterator};
188 use std::ops::RangeInclusive;
189 use std::u128;
190 use std::convert::TryInto;
191
192 pub fn expand_pattern<'a, 'tcx>(cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>, pat: Pat<'tcx>) -> &'a Pat<'tcx> {
193     cx.pattern_arena.alloc(LiteralExpander { tcx: cx.tcx }.fold_pattern(&pat))
194 }
195
196 struct LiteralExpander<'tcx> {
197     tcx: TyCtxt<'tcx>,
198 }
199
200 impl LiteralExpander<'tcx> {
201     /// Derefs `val` and potentially unsizes the value if `crty` is an array and `rty` a slice.
202     ///
203     /// `crty` and `rty` can differ because you can use array constants in the presence of slice
204     /// patterns. So the pattern may end up being a slice, but the constant is an array. We convert
205     /// the array to a slice in that case.
206     fn fold_const_value_deref(
207         &mut self,
208         val: ConstValue<'tcx>,
209         // the pattern's pointee type
210         rty: Ty<'tcx>,
211         // the constant's pointee type
212         crty: Ty<'tcx>,
213     ) -> ConstValue<'tcx> {
214         debug!("fold_const_value_deref {:?} {:?} {:?}", val, rty, crty);
215         match (val, &crty.kind, &rty.kind) {
216             // the easy case, deref a reference
217             (ConstValue::Scalar(Scalar::Ptr(p)), x, y) if x == y => {
218                 let alloc = self.tcx.alloc_map.lock().unwrap_memory(p.alloc_id);
219                 ConstValue::ByRef {
220                     alloc,
221                     offset: p.offset,
222                 }
223             },
224             // unsize array to slice if pattern is array but match value or other patterns are slice
225             (ConstValue::Scalar(Scalar::Ptr(p)), ty::Array(t, n), ty::Slice(u)) => {
226                 assert_eq!(t, u);
227                 ConstValue::Slice {
228                     data: self.tcx.alloc_map.lock().unwrap_memory(p.alloc_id),
229                     start: p.offset.bytes().try_into().unwrap(),
230                     end: n.eval_usize(self.tcx, ty::ParamEnv::empty()).try_into().unwrap(),
231                 }
232             },
233             // fat pointers stay the same
234             | (ConstValue::Slice { .. }, _, _)
235             | (_, ty::Slice(_), ty::Slice(_))
236             | (_, ty::Str, ty::Str)
237             => val,
238             // FIXME(oli-obk): this is reachable for `const FOO: &&&u32 = &&&42;` being used
239             _ => bug!("cannot deref {:#?}, {} -> {}", val, crty, rty),
240         }
241     }
242 }
243
244 impl PatternFolder<'tcx> for LiteralExpander<'tcx> {
245     fn fold_pattern(&mut self, pat: &Pat<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
246         debug!("fold_pattern {:?} {:?} {:?}", pat, pat.ty.kind, pat.kind);
247         match (&pat.ty.kind, &*pat.kind) {
248             (
249                 &ty::Ref(_, rty, _),
250                 &PatKind::Constant { value: Const {
251                     val,
252                     ty: ty::TyS { kind: ty::Ref(_, crty, _), .. },
253                 } },
254             ) => {
255                 Pat {
256                     ty: pat.ty,
257                     span: pat.span,
258                     kind: box PatKind::Deref {
259                         subpattern: Pat {
260                             ty: rty,
261                             span: pat.span,
262                             kind: box PatKind::Constant { value: self.tcx.mk_const(Const {
263                                 val: self.fold_const_value_deref(*val, rty, crty),
264                                 ty: rty,
265                             }) },
266                         }
267                     }
268                 }
269             }
270             (_, &PatKind::Binding { subpattern: Some(ref s), .. }) => {
271                 s.fold_with(self)
272             }
273             _ => pat.super_fold_with(self)
274         }
275     }
276 }
277
278 impl<'tcx> Pat<'tcx> {
279     fn is_wildcard(&self) -> bool {
280         match *self.kind {
281             PatKind::Binding { subpattern: None, .. } | PatKind::Wild =>
282                 true,
283             _ => false
284         }
285     }
286 }
287
288 /// A 2D matrix. Nx1 matrices are very common, which is why `SmallVec[_; 2]`
289 /// works well for each row.
290 pub struct Matrix<'p, 'tcx>(Vec<SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>>);
291
292 impl<'p, 'tcx> Matrix<'p, 'tcx> {
293     pub fn empty() -> Self {
294         Matrix(vec![])
295     }
296
297     pub fn push(&mut self, row: SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>) {
298         self.0.push(row)
299     }
300 }
301
302 /// Pretty-printer for matrices of patterns, example:
303 /// ++++++++++++++++++++++++++
304 /// + _     + []             +
305 /// ++++++++++++++++++++++++++
306 /// + true  + [First]        +
307 /// ++++++++++++++++++++++++++
308 /// + true  + [Second(true)] +
309 /// ++++++++++++++++++++++++++
310 /// + false + [_]            +
311 /// ++++++++++++++++++++++++++
312 /// + _     + [_, _, ..tail] +
313 /// ++++++++++++++++++++++++++
314 impl<'p, 'tcx> fmt::Debug for Matrix<'p, 'tcx> {
315     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
316         write!(f, "\n")?;
317
318         let &Matrix(ref m) = self;
319         let pretty_printed_matrix: Vec<Vec<String>> = m.iter().map(|row| {
320             row.iter().map(|pat| format!("{:?}", pat)).collect()
321         }).collect();
322
323         let column_count = m.iter().map(|row| row.len()).max().unwrap_or(0);
324         assert!(m.iter().all(|row| row.len() == column_count));
325         let column_widths: Vec<usize> = (0..column_count).map(|col| {
326             pretty_printed_matrix.iter().map(|row| row[col].len()).max().unwrap_or(0)
327         }).collect();
328
329         let total_width = column_widths.iter().cloned().sum::<usize>() + column_count * 3 + 1;
330         let br = "+".repeat(total_width);
331         write!(f, "{}\n", br)?;
332         for row in pretty_printed_matrix {
333             write!(f, "+")?;
334             for (column, pat_str) in row.into_iter().enumerate() {
335                 write!(f, " ")?;
336                 write!(f, "{:1$}", pat_str, column_widths[column])?;
337                 write!(f, " +")?;
338             }
339             write!(f, "\n")?;
340             write!(f, "{}\n", br)?;
341         }
342         Ok(())
343     }
344 }
345
346 impl<'p, 'tcx> FromIterator<SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>> for Matrix<'p, 'tcx> {
347     fn from_iter<T>(iter: T) -> Self
348         where T: IntoIterator<Item=SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>>
349     {
350         Matrix(iter.into_iter().collect())
351     }
352 }
353
354 pub struct MatchCheckCtxt<'a, 'tcx> {
355     pub tcx: TyCtxt<'tcx>,
356     /// The module in which the match occurs. This is necessary for
357     /// checking inhabited-ness of types because whether a type is (visibly)
358     /// inhabited can depend on whether it was defined in the current module or
359     /// not. E.g., `struct Foo { _private: ! }` cannot be seen to be empty
360     /// outside it's module and should not be matchable with an empty match
361     /// statement.
362     pub module: DefId,
363     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
364     pub pattern_arena: &'a TypedArena<Pat<'tcx>>,
365     pub byte_array_map: FxHashMap<*const Pat<'tcx>, Vec<&'a Pat<'tcx>>>,
366 }
367
368 impl<'a, 'tcx> MatchCheckCtxt<'a, 'tcx> {
369     pub fn create_and_enter<F, R>(
370         tcx: TyCtxt<'tcx>,
371         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
372         module: DefId,
373         f: F,
374     ) -> R
375     where
376         F: for<'b> FnOnce(MatchCheckCtxt<'b, 'tcx>) -> R,
377     {
378         let pattern_arena = TypedArena::default();
379
380         f(MatchCheckCtxt {
381             tcx,
382             param_env,
383             module,
384             pattern_arena: &pattern_arena,
385             byte_array_map: FxHashMap::default(),
386         })
387     }
388
389     fn is_uninhabited(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
390         if self.tcx.features().exhaustive_patterns {
391             self.tcx.is_ty_uninhabited_from(self.module, ty)
392         } else {
393             false
394         }
395     }
396
397     fn is_non_exhaustive_variant<'p>(&self, pattern: &'p Pat<'tcx>) -> bool {
398         match *pattern.kind {
399             PatKind::Variant { adt_def, variant_index, .. } => {
400                 let ref variant = adt_def.variants[variant_index];
401                 variant.is_field_list_non_exhaustive()
402             }
403             _ => false,
404         }
405     }
406
407     fn is_non_exhaustive_enum(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
408         match ty.kind {
409             ty::Adt(adt_def, ..) => adt_def.is_variant_list_non_exhaustive(),
410             _ => false,
411         }
412     }
413
414     fn is_local(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
415         match ty.kind {
416             ty::Adt(adt_def, ..) => adt_def.did.is_local(),
417             _ => false,
418         }
419     }
420 }
421
422 #[derive(Clone, Debug)]
423 enum Constructor<'tcx> {
424     /// The constructor of all patterns that don't vary by constructor,
425     /// e.g., struct patterns and fixed-length arrays.
426     Single,
427     /// Enum variants.
428     Variant(DefId),
429     /// Literal values.
430     ConstantValue(&'tcx ty::Const<'tcx>, Span),
431     /// Ranges of literal values (`2..=5` and `2..5`).
432     ConstantRange(u128, u128, Ty<'tcx>, RangeEnd, Span),
433     /// Array patterns of length n.
434     Slice(u64),
435 }
436
437 // Ignore spans when comparing, they don't carry semantic information as they are only for lints.
438 impl<'tcx> std::cmp::PartialEq for Constructor<'tcx> {
439     fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
440         match (self, other) {
441             (Constructor::Single, Constructor::Single) => true,
442             (Constructor::Variant(a), Constructor::Variant(b)) => a == b,
443             (Constructor::ConstantValue(a, _), Constructor::ConstantValue(b, _)) => a == b,
444             (
445                 Constructor::ConstantRange(a_start, a_end, a_ty, a_range_end, _),
446                 Constructor::ConstantRange(b_start, b_end, b_ty, b_range_end, _),
447             ) => a_start == b_start && a_end == b_end && a_ty == b_ty && a_range_end == b_range_end,
448             (Constructor::Slice(a), Constructor::Slice(b)) => a == b,
449             _ => false,
450         }
451     }
452 }
453
454 impl<'tcx> Constructor<'tcx> {
455     fn is_slice(&self) -> bool {
456         match self {
457             Slice { .. } => true,
458             _ => false,
459         }
460     }
461
462     fn variant_index_for_adt<'a>(
463         &self,
464         cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
465         adt: &'tcx ty::AdtDef,
466     ) -> VariantIdx {
467         match self {
468             Variant(id) => adt.variant_index_with_id(*id),
469             Single => {
470                 assert!(!adt.is_enum());
471                 VariantIdx::new(0)
472             }
473             ConstantValue(c, _) => crate::const_eval::const_variant_index(cx.tcx, cx.param_env, c),
474             _ => bug!("bad constructor {:?} for adt {:?}", self, adt)
475         }
476     }
477
478     fn display(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>) -> String {
479         match self {
480             Constructor::ConstantValue(val, _) => format!("{}", val),
481             Constructor::ConstantRange(lo, hi, ty, range_end, _) => {
482                 // Get the right sign on the output:
483                 let ty = ty::ParamEnv::empty().and(*ty);
484                 format!(
485                     "{}{}{}",
486                     ty::Const::from_bits(tcx, *lo, ty),
487                     range_end,
488                     ty::Const::from_bits(tcx, *hi, ty),
489                 )
490             }
491             Constructor::Slice(val) => format!("[{}]", val),
492             _ => bug!("bad constructor being displayed: `{:?}", self),
493         }
494     }
495 }
496
497 #[derive(Clone, Debug)]
498 pub enum Usefulness<'tcx> {
499     Useful,
500     UsefulWithWitness(Vec<Witness<'tcx>>),
501     NotUseful
502 }
503
504 impl<'tcx> Usefulness<'tcx> {
505     fn is_useful(&self) -> bool {
506         match *self {
507             NotUseful => false,
508             _ => true
509         }
510     }
511 }
512
513 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
514 pub enum WitnessPreference {
515     ConstructWitness,
516     LeaveOutWitness
517 }
518
519 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
520 struct PatCtxt<'tcx> {
521     ty: Ty<'tcx>,
522     max_slice_length: u64,
523     span: Span,
524 }
525
526 /// A witness of non-exhaustiveness for error reporting, represented
527 /// as a list of patterns (in reverse order of construction) with
528 /// wildcards inside to represent elements that can take any inhabitant
529 /// of the type as a value.
530 ///
531 /// A witness against a list of patterns should have the same types
532 /// and length as the pattern matched against. Because Rust `match`
533 /// is always against a single pattern, at the end the witness will
534 /// have length 1, but in the middle of the algorithm, it can contain
535 /// multiple patterns.
536 ///
537 /// For example, if we are constructing a witness for the match against
538 /// ```
539 /// struct Pair(Option<(u32, u32)>, bool);
540 ///
541 /// match (p: Pair) {
542 ///    Pair(None, _) => {}
543 ///    Pair(_, false) => {}
544 /// }
545 /// ```
546 ///
547 /// We'll perform the following steps:
548 /// 1. Start with an empty witness
549 ///     `Witness(vec![])`
550 /// 2. Push a witness `Some(_)` against the `None`
551 ///     `Witness(vec![Some(_)])`
552 /// 3. Push a witness `true` against the `false`
553 ///     `Witness(vec![Some(_), true])`
554 /// 4. Apply the `Pair` constructor to the witnesses
555 ///     `Witness(vec![Pair(Some(_), true)])`
556 ///
557 /// The final `Pair(Some(_), true)` is then the resulting witness.
558 #[derive(Clone, Debug)]
559 pub struct Witness<'tcx>(Vec<Pat<'tcx>>);
560
561 impl<'tcx> Witness<'tcx> {
562     pub fn single_pattern(self) -> Pat<'tcx> {
563         assert_eq!(self.0.len(), 1);
564         self.0.into_iter().next().unwrap()
565     }
566
567     fn push_wild_constructor<'a>(
568         mut self,
569         cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
570         ctor: &Constructor<'tcx>,
571         ty: Ty<'tcx>)
572         -> Self
573     {
574         let sub_pattern_tys = constructor_sub_pattern_tys(cx, ctor, ty);
575         self.0.extend(sub_pattern_tys.into_iter().map(|ty| {
576             Pat {
577                 ty,
578                 span: DUMMY_SP,
579                 kind: box PatKind::Wild,
580             }
581         }));
582         self.apply_constructor(cx, ctor, ty)
583     }
584
585     /// Constructs a partial witness for a pattern given a list of
586     /// patterns expanded by the specialization step.
587     ///
588     /// When a pattern P is discovered to be useful, this function is used bottom-up
589     /// to reconstruct a complete witness, e.g., a pattern P' that covers a subset
590     /// of values, V, where each value in that set is not covered by any previously
591     /// used patterns and is covered by the pattern P'. Examples:
592     ///
593     /// left_ty: tuple of 3 elements
594     /// pats: [10, 20, _]           => (10, 20, _)
595     ///
596     /// left_ty: struct X { a: (bool, &'static str), b: usize}
597     /// pats: [(false, "foo"), 42]  => X { a: (false, "foo"), b: 42 }
598     fn apply_constructor<'a>(
599         mut self,
600         cx: &MatchCheckCtxt<'a,'tcx>,
601         ctor: &Constructor<'tcx>,
602         ty: Ty<'tcx>)
603         -> Self
604     {
605         let arity = constructor_arity(cx, ctor, ty);
606         let pat = {
607             let len = self.0.len() as u64;
608             let mut pats = self.0.drain((len - arity) as usize..).rev();
609
610             match ty.kind {
611                 ty::Adt(..) |
612                 ty::Tuple(..) => {
613                     let pats = pats.enumerate().map(|(i, p)| {
614                         FieldPat {
615                             field: Field::new(i),
616                             pattern: p
617                         }
618                     }).collect();
619
620                     if let ty::Adt(adt, substs) = ty.kind {
621                         if adt.is_enum() {
622                             PatKind::Variant {
623                                 adt_def: adt,
624                                 substs,
625                                 variant_index: ctor.variant_index_for_adt(cx, adt),
626                                 subpatterns: pats
627                             }
628                         } else {
629                             PatKind::Leaf { subpatterns: pats }
630                         }
631                     } else {
632                         PatKind::Leaf { subpatterns: pats }
633                     }
634                 }
635
636                 ty::Ref(..) => {
637                     PatKind::Deref { subpattern: pats.nth(0).unwrap() }
638                 }
639
640                 ty::Slice(_) | ty::Array(..) => {
641                     PatKind::Slice {
642                         prefix: pats.collect(),
643                         slice: None,
644                         suffix: vec![]
645                     }
646                 }
647
648                 _ => {
649                     match *ctor {
650                         ConstantValue(value, _) => PatKind::Constant { value },
651                         ConstantRange(lo, hi, ty, end, _) => PatKind::Range(PatRange {
652                             lo: ty::Const::from_bits(cx.tcx, lo, ty::ParamEnv::empty().and(ty)),
653                             hi: ty::Const::from_bits(cx.tcx, hi, ty::ParamEnv::empty().and(ty)),
654                             end,
655                         }),
656                         _ => PatKind::Wild,
657                     }
658                 }
659             }
660         };
661
662         self.0.push(Pat {
663             ty,
664             span: DUMMY_SP,
665             kind: Box::new(pat),
666         });
667
668         self
669     }
670 }
671
672 /// This determines the set of all possible constructors of a pattern matching
673 /// values of type `left_ty`. For vectors, this would normally be an infinite set
674 /// but is instead bounded by the maximum fixed length of slice patterns in
675 /// the column of patterns being analyzed.
676 ///
677 /// We make sure to omit constructors that are statically impossible. E.g., for
678 /// `Option<!>`, we do not include `Some(_)` in the returned list of constructors.
679 fn all_constructors<'a, 'tcx>(
680     cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
681     pcx: PatCtxt<'tcx>,
682 ) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
683     debug!("all_constructors({:?})", pcx.ty);
684     let ctors = match pcx.ty.kind {
685         ty::Bool => {
686             [true, false].iter().map(|&b| {
687                 ConstantValue(ty::Const::from_bool(cx.tcx, b), pcx.span)
688             }).collect()
689         }
690         ty::Array(ref sub_ty, len) if len.try_eval_usize(cx.tcx, cx.param_env).is_some() => {
691             let len = len.eval_usize(cx.tcx, cx.param_env);
692             if len != 0 && cx.is_uninhabited(sub_ty) {
693                 vec![]
694             } else {
695                 vec![Slice(len)]
696             }
697         }
698         // Treat arrays of a constant but unknown length like slices.
699         ty::Array(ref sub_ty, _) |
700         ty::Slice(ref sub_ty) => {
701             if cx.is_uninhabited(sub_ty) {
702                 vec![Slice(0)]
703             } else {
704                 (0..pcx.max_slice_length+1).map(|length| Slice(length)).collect()
705             }
706         }
707         ty::Adt(def, substs) if def.is_enum() => {
708             def.variants.iter()
709                 .filter(|v| {
710                     !cx.tcx.features().exhaustive_patterns ||
711                     !v.uninhabited_from(cx.tcx, substs, def.adt_kind()).contains(cx.tcx, cx.module)
712                 })
713                 .map(|v| Variant(v.def_id))
714                 .collect()
715         }
716         ty::Char => {
717             vec![
718                 // The valid Unicode Scalar Value ranges.
719                 ConstantRange(
720                     '\u{0000}' as u128,
721                     '\u{D7FF}' as u128,
722                     cx.tcx.types.char,
723                     RangeEnd::Included,
724                     pcx.span,
725                 ),
726                 ConstantRange(
727                     '\u{E000}' as u128,
728                     '\u{10FFFF}' as u128,
729                     cx.tcx.types.char,
730                     RangeEnd::Included,
731                     pcx.span,
732                 ),
733             ]
734         }
735         ty::Int(ity) => {
736             let bits = Integer::from_attr(&cx.tcx, SignedInt(ity)).size().bits() as u128;
737             let min = 1u128 << (bits - 1);
738             let max = min - 1;
739             vec![ConstantRange(min, max, pcx.ty, RangeEnd::Included, pcx.span)]
740         }
741         ty::Uint(uty) => {
742             let size = Integer::from_attr(&cx.tcx, UnsignedInt(uty)).size();
743             let max = truncate(u128::max_value(), size);
744             vec![ConstantRange(0, max, pcx.ty, RangeEnd::Included, pcx.span)]
745         }
746         _ => {
747             if cx.is_uninhabited(pcx.ty) {
748                 vec![]
749             } else {
750                 vec![Single]
751             }
752         }
753     };
754     ctors
755 }
756
757 fn max_slice_length<'p, 'a, 'tcx, I>(cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>, patterns: I) -> u64
758 where
759     I: Iterator<Item = &'p Pat<'tcx>>,
760     'tcx: 'p,
761 {
762     // The exhaustiveness-checking paper does not include any details on
763     // checking variable-length slice patterns. However, they are matched
764     // by an infinite collection of fixed-length array patterns.
765     //
766     // Checking the infinite set directly would take an infinite amount
767     // of time. However, it turns out that for each finite set of
768     // patterns `P`, all sufficiently large array lengths are equivalent:
769     //
770     // Each slice `s` with a "sufficiently-large" length `l ≥ L` that applies
771     // to exactly the subset `Pₜ` of `P` can be transformed to a slice
772     // `sₘ` for each sufficiently-large length `m` that applies to exactly
773     // the same subset of `P`.
774     //
775     // Because of that, each witness for reachability-checking from one
776     // of the sufficiently-large lengths can be transformed to an
777     // equally-valid witness from any other length, so we only have
778     // to check slice lengths from the "minimal sufficiently-large length"
779     // and below.
780     //
781     // Note that the fact that there is a *single* `sₘ` for each `m`
782     // not depending on the specific pattern in `P` is important: if
783     // you look at the pair of patterns
784     //     `[true, ..]`
785     //     `[.., false]`
786     // Then any slice of length ≥1 that matches one of these two
787     // patterns can be trivially turned to a slice of any
788     // other length ≥1 that matches them and vice-versa - for
789     // but the slice from length 2 `[false, true]` that matches neither
790     // of these patterns can't be turned to a slice from length 1 that
791     // matches neither of these patterns, so we have to consider
792     // slices from length 2 there.
793     //
794     // Now, to see that that length exists and find it, observe that slice
795     // patterns are either "fixed-length" patterns (`[_, _, _]`) or
796     // "variable-length" patterns (`[_, .., _]`).
797     //
798     // For fixed-length patterns, all slices with lengths *longer* than
799     // the pattern's length have the same outcome (of not matching), so
800     // as long as `L` is greater than the pattern's length we can pick
801     // any `sₘ` from that length and get the same result.
802     //
803     // For variable-length patterns, the situation is more complicated,
804     // because as seen above the precise value of `sₘ` matters.
805     //
806     // However, for each variable-length pattern `p` with a prefix of length
807     // `plₚ` and suffix of length `slₚ`, only the first `plₚ` and the last
808     // `slₚ` elements are examined.
809     //
810     // Therefore, as long as `L` is positive (to avoid concerns about empty
811     // types), all elements after the maximum prefix length and before
812     // the maximum suffix length are not examined by any variable-length
813     // pattern, and therefore can be added/removed without affecting
814     // them - creating equivalent patterns from any sufficiently-large
815     // length.
816     //
817     // Of course, if fixed-length patterns exist, we must be sure
818     // that our length is large enough to miss them all, so
819     // we can pick `L = max(FIXED_LEN+1 ∪ {max(PREFIX_LEN) + max(SUFFIX_LEN)})`
820     //
821     // for example, with the above pair of patterns, all elements
822     // but the first and last can be added/removed, so any
823     // witness of length ≥2 (say, `[false, false, true]`) can be
824     // turned to a witness from any other length ≥2.
825
826     let mut max_prefix_len = 0;
827     let mut max_suffix_len = 0;
828     let mut max_fixed_len = 0;
829
830     for row in patterns {
831         match *row.kind {
832             PatKind::Constant { value } => {
833                 // extract the length of an array/slice from a constant
834                 match (value.val, &value.ty.kind) {
835                     (_, ty::Array(_, n)) => max_fixed_len = cmp::max(
836                         max_fixed_len,
837                         n.eval_usize(cx.tcx, cx.param_env),
838                     ),
839                     (ConstValue::Slice{ start, end, .. }, ty::Slice(_)) => max_fixed_len = cmp::max(
840                         max_fixed_len,
841                         (end - start) as u64,
842                     ),
843                     _ => {},
844                 }
845             }
846             PatKind::Slice { ref prefix, slice: None, ref suffix } => {
847                 let fixed_len = prefix.len() as u64 + suffix.len() as u64;
848                 max_fixed_len = cmp::max(max_fixed_len, fixed_len);
849             }
850             PatKind::Slice { ref prefix, slice: Some(_), ref suffix } => {
851                 max_prefix_len = cmp::max(max_prefix_len, prefix.len() as u64);
852                 max_suffix_len = cmp::max(max_suffix_len, suffix.len() as u64);
853             }
854             _ => {}
855         }
856     }
857
858     cmp::max(max_fixed_len + 1, max_prefix_len + max_suffix_len)
859 }
860
861 /// An inclusive interval, used for precise integer exhaustiveness checking.
862 /// `IntRange`s always store a contiguous range. This means that values are
863 /// encoded such that `0` encodes the minimum value for the integer,
864 /// regardless of the signedness.
865 /// For example, the pattern `-128..=127i8` is encoded as `0..=255`.
866 /// This makes comparisons and arithmetic on interval endpoints much more
867 /// straightforward. See `signed_bias` for details.
868 ///
869 /// `IntRange` is never used to encode an empty range or a "range" that wraps
870 /// around the (offset) space: i.e., `range.lo <= range.hi`.
871 #[derive(Clone, Debug)]
872 struct IntRange<'tcx> {
873     pub range: RangeInclusive<u128>,
874     pub ty: Ty<'tcx>,
875     pub span: Span,
876 }
877
878 impl<'tcx> IntRange<'tcx> {
879     #[inline]
880     fn is_integral(ty: Ty<'_>) -> bool {
881         match ty.kind {
882             ty::Char | ty::Int(_) | ty::Uint(_) => true,
883             _ => false,
884         }
885     }
886
887     #[inline]
888     fn integral_size_and_signed_bias(tcx: TyCtxt<'tcx>, ty: Ty<'_>) -> Option<(Size, u128)> {
889         match ty.kind {
890             ty::Char => Some((Size::from_bytes(4), 0)),
891             ty::Int(ity) => {
892                 let size = Integer::from_attr(&tcx, SignedInt(ity)).size();
893                 Some((size, 1u128 << (size.bits() as u128 - 1)))
894             }
895             ty::Uint(uty) => Some((Integer::from_attr(&tcx, UnsignedInt(uty)).size(), 0)),
896             _ => None,
897         }
898     }
899
900     #[inline]
901     fn from_const(
902         tcx: TyCtxt<'tcx>,
903         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
904         value: &Const<'tcx>,
905         span: Span,
906     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
907         if let Some((target_size, bias)) = Self::integral_size_and_signed_bias(tcx, value.ty) {
908             let ty = value.ty;
909             let val = if let ConstValue::Scalar(Scalar::Raw { data, size }) = value.val {
910                 // For this specific pattern we can skip a lot of effort and go
911                 // straight to the result, after doing a bit of checking. (We
912                 // could remove this branch and just use the next branch, which
913                 // is more general but much slower.)
914                 Scalar::<()>::check_raw(data, size, target_size);
915                 data
916             } else if let Some(val) = value.try_eval_bits(tcx, param_env, ty) {
917                 // This is a more general form of the previous branch.
918                 val
919             } else {
920                 return None
921             };
922             let val = val ^ bias;
923             Some(IntRange { range: val..=val, ty, span })
924         } else {
925             None
926         }
927     }
928
929     #[inline]
930     fn from_range(
931         tcx: TyCtxt<'tcx>,
932         lo: u128,
933         hi: u128,
934         ty: Ty<'tcx>,
935         end: &RangeEnd,
936         span: Span,
937     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
938         if Self::is_integral(ty) {
939             // Perform a shift if the underlying types are signed,
940             // which makes the interval arithmetic simpler.
941             let bias = IntRange::signed_bias(tcx, ty);
942             let (lo, hi) = (lo ^ bias, hi ^ bias);
943             // Make sure the interval is well-formed.
944             if lo > hi || lo == hi && *end == RangeEnd::Excluded {
945                 None
946             } else {
947                 let offset = (*end == RangeEnd::Excluded) as u128;
948                 Some(IntRange { range: lo..=(hi - offset), ty, span })
949             }
950         } else {
951             None
952         }
953     }
954
955     fn from_ctor(
956         tcx: TyCtxt<'tcx>,
957         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
958         ctor: &Constructor<'tcx>,
959     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
960         // Floating-point ranges are permitted and we don't want
961         // to consider them when constructing integer ranges.
962         match ctor {
963             ConstantRange(lo, hi, ty, end, span) => Self::from_range(tcx, *lo, *hi, ty, end, *span),
964             ConstantValue(val, span) => Self::from_const(tcx, param_env, val, *span),
965             _ => None,
966         }
967     }
968
969     fn from_pat(
970         tcx: TyCtxt<'tcx>,
971         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
972         mut pat: &Pat<'tcx>,
973     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
974         loop {
975             match pat.kind {
976                 box PatKind::Constant { value } => {
977                     return Self::from_const(tcx, param_env, value, pat.span);
978                 }
979                 box PatKind::Range(PatRange { lo, hi, end }) => {
980                     return Self::from_range(
981                         tcx,
982                         lo.eval_bits(tcx, param_env, lo.ty),
983                         hi.eval_bits(tcx, param_env, hi.ty),
984                         &lo.ty,
985                         &end,
986                         pat.span,
987                     );
988                 }
989                 box PatKind::AscribeUserType { ref subpattern, .. } => {
990                     pat = subpattern;
991                 },
992                 _ => return None,
993             }
994         }
995     }
996
997     // The return value of `signed_bias` should be XORed with an endpoint to encode/decode it.
998     fn signed_bias(tcx: TyCtxt<'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> u128 {
999         match ty.kind {
1000             ty::Int(ity) => {
1001                 let bits = Integer::from_attr(&tcx, SignedInt(ity)).size().bits() as u128;
1002                 1u128 << (bits - 1)
1003             }
1004             _ => 0
1005         }
1006     }
1007
1008     /// Converts a `RangeInclusive` to a `ConstantValue` or inclusive `ConstantRange`.
1009     fn range_to_ctor(
1010         tcx: TyCtxt<'tcx>,
1011         ty: Ty<'tcx>,
1012         r: RangeInclusive<u128>,
1013         span: Span,
1014     ) -> Constructor<'tcx> {
1015         let bias = IntRange::signed_bias(tcx, ty);
1016         let (lo, hi) = r.into_inner();
1017         if lo == hi {
1018             let ty = ty::ParamEnv::empty().and(ty);
1019             ConstantValue(ty::Const::from_bits(tcx, lo ^ bias, ty), span)
1020         } else {
1021             ConstantRange(lo ^ bias, hi ^ bias, ty, RangeEnd::Included, span)
1022         }
1023     }
1024
1025     /// Returns a collection of ranges that spans the values covered by `ranges`, subtracted
1026     /// by the values covered by `self`: i.e., `ranges \ self` (in set notation).
1027     fn subtract_from(
1028         self,
1029         tcx: TyCtxt<'tcx>,
1030         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1031         ranges: Vec<Constructor<'tcx>>,
1032     ) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
1033         let ranges = ranges.into_iter().filter_map(|r| {
1034             IntRange::from_ctor(tcx, param_env, &r).map(|i| i.range)
1035         });
1036         let mut remaining_ranges = vec![];
1037         let ty = self.ty;
1038         let (lo, hi) = self.range.into_inner();
1039         for subrange in ranges {
1040             let (subrange_lo, subrange_hi) = subrange.into_inner();
1041             if lo > subrange_hi || subrange_lo > hi  {
1042                 // The pattern doesn't intersect with the subrange at all,
1043                 // so the subrange remains untouched.
1044                 remaining_ranges.push(
1045                     Self::range_to_ctor(tcx, ty, subrange_lo..=subrange_hi, self.span),
1046                 );
1047             } else {
1048                 if lo > subrange_lo {
1049                     // The pattern intersects an upper section of the
1050                     // subrange, so a lower section will remain.
1051                     remaining_ranges.push(
1052                         Self::range_to_ctor(tcx, ty, subrange_lo..=(lo - 1), self.span),
1053                     );
1054                 }
1055                 if hi < subrange_hi {
1056                     // The pattern intersects a lower section of the
1057                     // subrange, so an upper section will remain.
1058                     remaining_ranges.push(
1059                         Self::range_to_ctor(tcx, ty, (hi + 1)..=subrange_hi, self.span),
1060                     );
1061                 }
1062             }
1063         }
1064         remaining_ranges
1065     }
1066
1067     fn intersection(&self, other: &Self) -> Option<Self> {
1068         let ty = self.ty;
1069         let (lo, hi) = (*self.range.start(), *self.range.end());
1070         let (other_lo, other_hi) = (*other.range.start(), *other.range.end());
1071         if lo <= other_hi && other_lo <= hi {
1072             let span = other.span;
1073             Some(IntRange { range: max(lo, other_lo)..=min(hi, other_hi), ty, span })
1074         } else {
1075             None
1076         }
1077     }
1078
1079     fn suspicious_intersection(&self, other: &Self) -> bool {
1080         // `false` in the following cases:
1081         // 1     ----      // 1  ----------   // 1 ----        // 1       ----
1082         // 2  ----------   // 2     ----      // 2       ----  // 2 ----
1083         //
1084         // The following are currently `false`, but could be `true` in the future (#64007):
1085         // 1 ---------       // 1     ---------
1086         // 2     ----------  // 2 ----------
1087         //
1088         // `true` in the following cases:
1089         // 1 -------          // 1       -------
1090         // 2       --------   // 2 -------
1091         let (lo, hi) = (*self.range.start(), *self.range.end());
1092         let (other_lo, other_hi) = (*other.range.start(), *other.range.end());
1093         (lo == other_hi || hi == other_lo)
1094     }
1095 }
1096
1097 // A request for missing constructor data in terms of either:
1098 // - whether or not there any missing constructors; or
1099 // - the actual set of missing constructors.
1100 #[derive(PartialEq)]
1101 enum MissingCtorsInfo {
1102     Emptiness,
1103     Ctors,
1104 }
1105
1106 // Used by `compute_missing_ctors`.
1107 #[derive(Debug, PartialEq)]
1108 enum MissingCtors<'tcx> {
1109     Empty,
1110     NonEmpty,
1111
1112     // Note that the Vec can be empty.
1113     Ctors(Vec<Constructor<'tcx>>),
1114 }
1115
1116 // When `info` is `MissingCtorsInfo::Ctors`, compute a set of constructors
1117 // equivalent to `all_ctors \ used_ctors`. When `info` is
1118 // `MissingCtorsInfo::Emptiness`, just determines if that set is empty or not.
1119 // (The split logic gives a performance win, because we always need to know if
1120 // the set is empty, but we rarely need the full set, and it can be expensive
1121 // to compute the full set.)
1122 fn compute_missing_ctors<'tcx>(
1123     info: MissingCtorsInfo,
1124     tcx: TyCtxt<'tcx>,
1125     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1126     all_ctors: &Vec<Constructor<'tcx>>,
1127     used_ctors: &Vec<Constructor<'tcx>>,
1128 ) -> MissingCtors<'tcx> {
1129     let mut missing_ctors = vec![];
1130
1131     for req_ctor in all_ctors {
1132         let mut refined_ctors = vec![req_ctor.clone()];
1133         for used_ctor in used_ctors {
1134             if used_ctor == req_ctor {
1135                 // If a constructor appears in a `match` arm, we can
1136                 // eliminate it straight away.
1137                 refined_ctors = vec![]
1138             } else if let Some(interval) = IntRange::from_ctor(tcx, param_env, used_ctor) {
1139                 // Refine the required constructors for the type by subtracting
1140                 // the range defined by the current constructor pattern.
1141                 refined_ctors = interval.subtract_from(tcx, param_env, refined_ctors);
1142             }
1143
1144             // If the constructor patterns that have been considered so far
1145             // already cover the entire range of values, then we the
1146             // constructor is not missing, and we can move on to the next one.
1147             if refined_ctors.is_empty() {
1148                 break;
1149             }
1150         }
1151         // If a constructor has not been matched, then it is missing.
1152         // We add `refined_ctors` instead of `req_ctor`, because then we can
1153         // provide more detailed error information about precisely which
1154         // ranges have been omitted.
1155         if info == MissingCtorsInfo::Emptiness {
1156             if !refined_ctors.is_empty() {
1157                 // The set is non-empty; return early.
1158                 return MissingCtors::NonEmpty;
1159             }
1160         } else {
1161             missing_ctors.extend(refined_ctors);
1162         }
1163     }
1164
1165     if info == MissingCtorsInfo::Emptiness {
1166         // If we reached here, the set is empty.
1167         MissingCtors::Empty
1168     } else {
1169         MissingCtors::Ctors(missing_ctors)
1170     }
1171 }
1172
1173 /// Algorithm from http://moscova.inria.fr/~maranget/papers/warn/index.html.
1174 /// The algorithm from the paper has been modified to correctly handle empty
1175 /// types. The changes are:
1176 ///   (0) We don't exit early if the pattern matrix has zero rows. We just
1177 ///       continue to recurse over columns.
1178 ///   (1) all_constructors will only return constructors that are statically
1179 ///       possible. E.g., it will only return `Ok` for `Result<T, !>`.
1180 ///
1181 /// This finds whether a (row) vector `v` of patterns is 'useful' in relation
1182 /// to a set of such vectors `m` - this is defined as there being a set of
1183 /// inputs that will match `v` but not any of the sets in `m`.
1184 ///
1185 /// All the patterns at each column of the `matrix ++ v` matrix must
1186 /// have the same type, except that wildcard (PatKind::Wild) patterns
1187 /// with type `TyErr` are also allowed, even if the "type of the column"
1188 /// is not `TyErr`. That is used to represent private fields, as using their
1189 /// real type would assert that they are inhabited.
1190 ///
1191 /// This is used both for reachability checking (if a pattern isn't useful in
1192 /// relation to preceding patterns, it is not reachable) and exhaustiveness
1193 /// checking (if a wildcard pattern is useful in relation to a matrix, the
1194 /// matrix isn't exhaustive).
1195 pub fn is_useful<'p, 'a, 'tcx>(
1196     cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1197     matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
1198     v: &[&Pat<'tcx>],
1199     witness: WitnessPreference,
1200     hir_id: HirId,
1201 ) -> Usefulness<'tcx> {
1202     let &Matrix(ref rows) = matrix;
1203     debug!("is_useful({:#?}, {:#?})", matrix, v);
1204
1205     // The base case. We are pattern-matching on () and the return value is
1206     // based on whether our matrix has a row or not.
1207     // NOTE: This could potentially be optimized by checking rows.is_empty()
1208     // first and then, if v is non-empty, the return value is based on whether
1209     // the type of the tuple we're checking is inhabited or not.
1210     if v.is_empty() {
1211         return if rows.is_empty() {
1212             match witness {
1213                 ConstructWitness => UsefulWithWitness(vec![Witness(vec![])]),
1214                 LeaveOutWitness => Useful,
1215             }
1216         } else {
1217             NotUseful
1218         }
1219     };
1220
1221     assert!(rows.iter().all(|r| r.len() == v.len()));
1222
1223     let (ty, span) = rows.iter()
1224         .map(|r| (r[0].ty, r[0].span))
1225         .find(|(ty, _)| !ty.references_error())
1226         .unwrap_or((v[0].ty, v[0].span));
1227     let pcx = PatCtxt {
1228         // TyErr is used to represent the type of wildcard patterns matching
1229         // against inaccessible (private) fields of structs, so that we won't
1230         // be able to observe whether the types of the struct's fields are
1231         // inhabited.
1232         //
1233         // If the field is truly inaccessible, then all the patterns
1234         // matching against it must be wildcard patterns, so its type
1235         // does not matter.
1236         //
1237         // However, if we are matching against non-wildcard patterns, we
1238         // need to know the real type of the field so we can specialize
1239         // against it. This primarily occurs through constants - they
1240         // can include contents for fields that are inaccessible at the
1241         // location of the match. In that case, the field's type is
1242         // inhabited - by the constant - so we can just use it.
1243         //
1244         // FIXME: this might lead to "unstable" behavior with macro hygiene
1245         // introducing uninhabited patterns for inaccessible fields. We
1246         // need to figure out how to model that.
1247         ty,
1248         max_slice_length: max_slice_length(cx, rows.iter().map(|r| r[0]).chain(Some(v[0]))),
1249         span,
1250     };
1251
1252     debug!("is_useful_expand_first_col: pcx={:#?}, expanding {:#?}", pcx, v[0]);
1253
1254     if let Some(constructors) = pat_constructors(cx, v[0], pcx) {
1255         let is_declared_nonexhaustive = cx.is_non_exhaustive_variant(v[0]) && !cx.is_local(pcx.ty);
1256         debug!("is_useful - expanding constructors: {:#?}, is_declared_nonexhaustive: {:?}",
1257                constructors, is_declared_nonexhaustive);
1258
1259         if is_declared_nonexhaustive {
1260             Useful
1261         } else {
1262             split_grouped_constructors(
1263                 cx.tcx, cx.param_env, constructors, matrix, pcx.ty, pcx.span, Some(hir_id),
1264             ).into_iter().map(|c|
1265                 is_useful_specialized(cx, matrix, v, c, pcx.ty, witness, hir_id)
1266             ).find(|result| result.is_useful()).unwrap_or(NotUseful)
1267         }
1268     } else {
1269         debug!("is_useful - expanding wildcard");
1270
1271         let used_ctors: Vec<Constructor<'_>> = rows.iter().flat_map(|row| {
1272             pat_constructors(cx, row[0], pcx).unwrap_or(vec![])
1273         }).collect();
1274         debug!("used_ctors = {:#?}", used_ctors);
1275         // `all_ctors` are all the constructors for the given type, which
1276         // should all be represented (or caught with the wild pattern `_`).
1277         let all_ctors = all_constructors(cx, pcx);
1278         debug!("all_ctors = {:#?}", all_ctors);
1279
1280         // `missing_ctors` is the set of constructors from the same type as the
1281         // first column of `matrix` that are matched only by wildcard patterns
1282         // from the first column.
1283         //
1284         // Therefore, if there is some pattern that is unmatched by `matrix`,
1285         // it will still be unmatched if the first constructor is replaced by
1286         // any of the constructors in `missing_ctors`
1287         //
1288         // However, if our scrutinee is *privately* an empty enum, we
1289         // must treat it as though it had an "unknown" constructor (in
1290         // that case, all other patterns obviously can't be variants)
1291         // to avoid exposing its emptyness. See the `match_privately_empty`
1292         // test for details.
1293         //
1294         // FIXME: currently the only way I know of something can
1295         // be a privately-empty enum is when the exhaustive_patterns
1296         // feature flag is not present, so this is only
1297         // needed for that case.
1298
1299         // Missing constructors are those that are not matched by any
1300         // non-wildcard patterns in the current column. We always determine if
1301         // the set is empty, but we only fully construct them on-demand,
1302         // because they're rarely used and can be big.
1303         let cheap_missing_ctors = compute_missing_ctors(
1304             MissingCtorsInfo::Emptiness, cx.tcx, cx.param_env, &all_ctors, &used_ctors,
1305         );
1306
1307         let is_privately_empty = all_ctors.is_empty() && !cx.is_uninhabited(pcx.ty);
1308         let is_declared_nonexhaustive = cx.is_non_exhaustive_enum(pcx.ty) && !cx.is_local(pcx.ty);
1309         debug!("cheap_missing_ctors={:#?} is_privately_empty={:#?} is_declared_nonexhaustive={:#?}",
1310                cheap_missing_ctors, is_privately_empty, is_declared_nonexhaustive);
1311
1312         // For privately empty and non-exhaustive enums, we work as if there were an "extra"
1313         // `_` constructor for the type, so we can never match over all constructors.
1314         let is_non_exhaustive = is_privately_empty || is_declared_nonexhaustive ||
1315             (pcx.ty.is_ptr_sized_integral() && !cx.tcx.features().precise_pointer_size_matching);
1316
1317         if cheap_missing_ctors == MissingCtors::Empty && !is_non_exhaustive {
1318             split_grouped_constructors(
1319                 cx.tcx, cx.param_env, all_ctors, matrix, pcx.ty, DUMMY_SP, None,
1320             )
1321                 .into_iter()
1322                 .map(|c| is_useful_specialized(cx, matrix, v, c, pcx.ty, witness, hir_id))
1323                 .find(|result| result.is_useful())
1324                 .unwrap_or(NotUseful)
1325         } else {
1326             let matrix = rows.iter().filter_map(|r| {
1327                 if r[0].is_wildcard() {
1328                     Some(SmallVec::from_slice(&r[1..]))
1329                 } else {
1330                     None
1331                 }
1332             }).collect();
1333             match is_useful(cx, &matrix, &v[1..], witness, hir_id) {
1334                 UsefulWithWitness(pats) => {
1335                     let cx = &*cx;
1336                     // In this case, there's at least one "free"
1337                     // constructor that is only matched against by
1338                     // wildcard patterns.
1339                     //
1340                     // There are 2 ways we can report a witness here.
1341                     // Commonly, we can report all the "free"
1342                     // constructors as witnesses, e.g., if we have:
1343                     //
1344                     // ```
1345                     //     enum Direction { N, S, E, W }
1346                     //     let Direction::N = ...;
1347                     // ```
1348                     //
1349                     // we can report 3 witnesses: `S`, `E`, and `W`.
1350                     //
1351                     // However, there are 2 cases where we don't want
1352                     // to do this and instead report a single `_` witness:
1353                     //
1354                     // 1) If the user is matching against a non-exhaustive
1355                     // enum, there is no point in enumerating all possible
1356                     // variants, because the user can't actually match
1357                     // against them himself, e.g., in an example like:
1358                     // ```
1359                     //     let err: io::ErrorKind = ...;
1360                     //     match err {
1361                     //         io::ErrorKind::NotFound => {},
1362                     //     }
1363                     // ```
1364                     // we don't want to show every possible IO error,
1365                     // but instead have `_` as the witness (this is
1366                     // actually *required* if the user specified *all*
1367                     // IO errors, but is probably what we want in every
1368                     // case).
1369                     //
1370                     // 2) If the user didn't actually specify a constructor
1371                     // in this arm, e.g., in
1372                     // ```
1373                     //     let x: (Direction, Direction, bool) = ...;
1374                     //     let (_, _, false) = x;
1375                     // ```
1376                     // we don't want to show all 16 possible witnesses
1377                     // `(<direction-1>, <direction-2>, true)` - we are
1378                     // satisfied with `(_, _, true)`. In this case,
1379                     // `used_ctors` is empty.
1380                     let new_witnesses = if is_non_exhaustive || used_ctors.is_empty() {
1381                         // All constructors are unused. Add wild patterns
1382                         // rather than each individual constructor.
1383                         pats.into_iter().map(|mut witness| {
1384                             witness.0.push(Pat {
1385                                 ty: pcx.ty,
1386                                 span: DUMMY_SP,
1387                                 kind: box PatKind::Wild,
1388                             });
1389                             witness
1390                         }).collect()
1391                     } else {
1392                         let expensive_missing_ctors = compute_missing_ctors(
1393                             MissingCtorsInfo::Ctors, cx.tcx, cx.param_env, &all_ctors, &used_ctors,
1394                         );
1395                         if let MissingCtors::Ctors(missing_ctors) = expensive_missing_ctors {
1396                             pats.into_iter().flat_map(|witness| {
1397                                 missing_ctors.iter().map(move |ctor| {
1398                                     // Extends the witness with a "wild" version of this
1399                                     // constructor, that matches everything that can be built with
1400                                     // it. For example, if `ctor` is a `Constructor::Variant` for
1401                                     // `Option::Some`, this pushes the witness for `Some(_)`.
1402                                     witness.clone().push_wild_constructor(cx, ctor, pcx.ty)
1403                                 })
1404                             }).collect()
1405                         } else {
1406                             bug!("cheap missing ctors")
1407                         }
1408                     };
1409                     UsefulWithWitness(new_witnesses)
1410                 }
1411                 result => result
1412             }
1413         }
1414     }
1415 }
1416
1417 /// A shorthand for the `U(S(c, P), S(c, q))` operation from the paper. I.e., `is_useful` applied
1418 /// to the specialised version of both the pattern matrix `P` and the new pattern `q`.
1419 fn is_useful_specialized<'p, 'a, 'tcx>(
1420     cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1421     &Matrix(ref m): &Matrix<'p, 'tcx>,
1422     v: &[&Pat<'tcx>],
1423     ctor: Constructor<'tcx>,
1424     lty: Ty<'tcx>,
1425     witness: WitnessPreference,
1426     hir_id: HirId,
1427 ) -> Usefulness<'tcx> {
1428     debug!("is_useful_specialized({:#?}, {:#?}, {:?})", v, ctor, lty);
1429     let sub_pat_tys = constructor_sub_pattern_tys(cx, &ctor, lty);
1430     let wild_patterns_owned: Vec<_> = sub_pat_tys.iter().map(|ty| {
1431         Pat {
1432             ty,
1433             span: DUMMY_SP,
1434             kind: box PatKind::Wild,
1435         }
1436     }).collect();
1437     let wild_patterns: Vec<_> = wild_patterns_owned.iter().collect();
1438     let matrix = Matrix(
1439         m.iter()
1440             .filter_map(|r| specialize(cx, &r, &ctor, &wild_patterns))
1441             .collect()
1442     );
1443     match specialize(cx, v, &ctor, &wild_patterns) {
1444         Some(v) => match is_useful(cx, &matrix, &v, witness, hir_id) {
1445             UsefulWithWitness(witnesses) => UsefulWithWitness(
1446                 witnesses.into_iter()
1447                     .map(|witness| witness.apply_constructor(cx, &ctor, lty))
1448                     .collect()
1449             ),
1450             result => result
1451         }
1452         None => NotUseful
1453     }
1454 }
1455
1456 /// Determines the constructors that the given pattern can be specialized to.
1457 ///
1458 /// In most cases, there's only one constructor that a specific pattern
1459 /// represents, such as a specific enum variant or a specific literal value.
1460 /// Slice patterns, however, can match slices of different lengths. For instance,
1461 /// `[a, b, ..tail]` can match a slice of length 2, 3, 4 and so on.
1462 ///
1463 /// Returns `None` in case of a catch-all, which can't be specialized.
1464 fn pat_constructors<'tcx>(
1465     cx: &mut MatchCheckCtxt<'_, 'tcx>,
1466     pat: &Pat<'tcx>,
1467     pcx: PatCtxt<'tcx>,
1468 ) -> Option<Vec<Constructor<'tcx>>> {
1469     match *pat.kind {
1470         PatKind::AscribeUserType { ref subpattern, .. } =>
1471             pat_constructors(cx, subpattern, pcx),
1472         PatKind::Binding { .. } | PatKind::Wild => None,
1473         PatKind::Leaf { .. } | PatKind::Deref { .. } => Some(vec![Single]),
1474         PatKind::Variant { adt_def, variant_index, .. } => {
1475             Some(vec![Variant(adt_def.variants[variant_index].def_id)])
1476         }
1477         PatKind::Constant { value } => Some(vec![ConstantValue(value, pat.span)]),
1478         PatKind::Range(PatRange { lo, hi, end }) =>
1479             Some(vec![ConstantRange(
1480                 lo.eval_bits(cx.tcx, cx.param_env, lo.ty),
1481                 hi.eval_bits(cx.tcx, cx.param_env, hi.ty),
1482                 lo.ty,
1483                 end,
1484                 pat.span,
1485             )]),
1486         PatKind::Array { .. } => match pcx.ty.kind {
1487             ty::Array(_, length) => Some(vec![
1488                 Slice(length.eval_usize(cx.tcx, cx.param_env))
1489             ]),
1490             _ => span_bug!(pat.span, "bad ty {:?} for array pattern", pcx.ty)
1491         },
1492         PatKind::Slice { ref prefix, ref slice, ref suffix } => {
1493             let pat_len = prefix.len() as u64 + suffix.len() as u64;
1494             if slice.is_some() {
1495                 Some((pat_len..pcx.max_slice_length+1).map(Slice).collect())
1496             } else {
1497                 Some(vec![Slice(pat_len)])
1498             }
1499         }
1500         PatKind::Or { .. } => {
1501             bug!("support for or-patterns has not been fully implemented yet.");
1502         }
1503     }
1504 }
1505
1506 /// This computes the arity of a constructor. The arity of a constructor
1507 /// is how many subpattern patterns of that constructor should be expanded to.
1508 ///
1509 /// For instance, a tuple pattern `(_, 42, Some([]))` has the arity of 3.
1510 /// A struct pattern's arity is the number of fields it contains, etc.
1511 fn constructor_arity(cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>, ctor: &Constructor<'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> u64 {
1512     debug!("constructor_arity({:#?}, {:?})", ctor, ty);
1513     match ty.kind {
1514         ty::Tuple(ref fs) => fs.len() as u64,
1515         ty::Slice(..) | ty::Array(..) => match *ctor {
1516             Slice(length) => length,
1517             ConstantValue(..) => 0,
1518             _ => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", ctor, ty)
1519         }
1520         ty::Ref(..) => 1,
1521         ty::Adt(adt, _) => {
1522             adt.variants[ctor.variant_index_for_adt(cx, adt)].fields.len() as u64
1523         }
1524         _ => 0
1525     }
1526 }
1527
1528 /// This computes the types of the sub patterns that a constructor should be
1529 /// expanded to.
1530 ///
1531 /// For instance, a tuple pattern (43u32, 'a') has sub pattern types [u32, char].
1532 fn constructor_sub_pattern_tys<'a, 'tcx>(
1533     cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1534     ctor: &Constructor<'tcx>,
1535     ty: Ty<'tcx>,
1536 ) -> Vec<Ty<'tcx>> {
1537     debug!("constructor_sub_pattern_tys({:#?}, {:?})", ctor, ty);
1538     match ty.kind {
1539         ty::Tuple(ref fs) => fs.into_iter().map(|t| t.expect_ty()).collect(),
1540         ty::Slice(ty) | ty::Array(ty, _) => match *ctor {
1541             Slice(length) => (0..length).map(|_| ty).collect(),
1542             ConstantValue(..) => vec![],
1543             _ => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", ctor, ty)
1544         }
1545         ty::Ref(_, rty, _) => vec![rty],
1546         ty::Adt(adt, substs) => {
1547             if adt.is_box() {
1548                 // Use T as the sub pattern type of Box<T>.
1549                 vec![substs.type_at(0)]
1550             } else {
1551                 adt.variants[ctor.variant_index_for_adt(cx, adt)].fields.iter().map(|field| {
1552                     let is_visible = adt.is_enum()
1553                         || field.vis.is_accessible_from(cx.module, cx.tcx);
1554                     if is_visible {
1555                         let ty = field.ty(cx.tcx, substs);
1556                         match ty.kind {
1557                             // If the field type returned is an array of an unknown
1558                             // size return an TyErr.
1559                             ty::Array(_, len)
1560                                 if len.try_eval_usize(cx.tcx, cx.param_env).is_none() =>
1561                                 cx.tcx.types.err,
1562                             _ => ty,
1563                         }
1564                     } else {
1565                         // Treat all non-visible fields as TyErr. They
1566                         // can't appear in any other pattern from
1567                         // this match (because they are private),
1568                         // so their type does not matter - but
1569                         // we don't want to know they are
1570                         // uninhabited.
1571                         cx.tcx.types.err
1572                     }
1573                 }).collect()
1574             }
1575         }
1576         _ => vec![],
1577     }
1578 }
1579
1580 // checks whether a constant is equal to a user-written slice pattern. Only supports byte slices,
1581 // meaning all other types will compare unequal and thus equal patterns often do not cause the
1582 // second pattern to lint about unreachable match arms.
1583 fn slice_pat_covered_by_const<'tcx>(
1584     tcx: TyCtxt<'tcx>,
1585     _span: Span,
1586     const_val: &'tcx ty::Const<'tcx>,
1587     prefix: &[Pat<'tcx>],
1588     slice: &Option<Pat<'tcx>>,
1589     suffix: &[Pat<'tcx>],
1590     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1591 ) -> Result<bool, ErrorReported> {
1592     let data: &[u8] = match (const_val.val, &const_val.ty.kind) {
1593         (ConstValue::ByRef { offset, alloc, .. }, ty::Array(t, n)) => {
1594             assert_eq!(*t, tcx.types.u8);
1595             let n = n.eval_usize(tcx, param_env);
1596             let ptr = Pointer::new(AllocId(0), offset);
1597             alloc.get_bytes(&tcx, ptr, Size::from_bytes(n)).unwrap()
1598         },
1599         (ConstValue::Slice { data, start, end }, ty::Slice(t)) => {
1600             assert_eq!(*t, tcx.types.u8);
1601             let ptr = Pointer::new(AllocId(0), Size::from_bytes(start as u64));
1602             data.get_bytes(&tcx, ptr, Size::from_bytes((end - start) as u64)).unwrap()
1603         },
1604         // FIXME(oli-obk): create a way to extract fat pointers from ByRef
1605         (_, ty::Slice(_)) => return Ok(false),
1606         _ => bug!(
1607             "slice_pat_covered_by_const: {:#?}, {:#?}, {:#?}, {:#?}",
1608             const_val, prefix, slice, suffix,
1609         ),
1610     };
1611
1612     let pat_len = prefix.len() + suffix.len();
1613     if data.len() < pat_len || (slice.is_none() && data.len() > pat_len) {
1614         return Ok(false);
1615     }
1616
1617     for (ch, pat) in
1618         data[..prefix.len()].iter().zip(prefix).chain(
1619             data[data.len()-suffix.len()..].iter().zip(suffix))
1620     {
1621         match pat.kind {
1622             box PatKind::Constant { value } => {
1623                 let b = value.eval_bits(tcx, param_env, pat.ty);
1624                 assert_eq!(b as u8 as u128, b);
1625                 if b as u8 != *ch {
1626                     return Ok(false);
1627                 }
1628             }
1629             _ => {}
1630         }
1631     }
1632
1633     Ok(true)
1634 }
1635
1636 // Whether to evaluate a constructor using exhaustive integer matching. This is true if the
1637 // constructor is a range or constant with an integer type.
1638 fn should_treat_range_exhaustively(tcx: TyCtxt<'tcx>, ctor: &Constructor<'tcx>) -> bool {
1639     let ty = match ctor {
1640         ConstantValue(value, _) => value.ty,
1641         ConstantRange(_, _, ty, _, _) => ty,
1642         _ => return false,
1643     };
1644     if let ty::Char | ty::Int(_) | ty::Uint(_) = ty.kind {
1645         !ty.is_ptr_sized_integral() || tcx.features().precise_pointer_size_matching
1646     } else {
1647         false
1648     }
1649 }
1650
1651 /// For exhaustive integer matching, some constructors are grouped within other constructors
1652 /// (namely integer typed values are grouped within ranges). However, when specialising these
1653 /// constructors, we want to be specialising for the underlying constructors (the integers), not
1654 /// the groups (the ranges). Thus we need to split the groups up. Splitting them up naïvely would
1655 /// mean creating a separate constructor for every single value in the range, which is clearly
1656 /// impractical. However, observe that for some ranges of integers, the specialisation will be
1657 /// identical across all values in that range (i.e., there are equivalence classes of ranges of
1658 /// constructors based on their `is_useful_specialized` outcome). These classes are grouped by
1659 /// the patterns that apply to them (in the matrix `P`). We can split the range whenever the
1660 /// patterns that apply to that range (specifically: the patterns that *intersect* with that range)
1661 /// change.
1662 /// Our solution, therefore, is to split the range constructor into subranges at every single point
1663 /// the group of intersecting patterns changes (using the method described below).
1664 /// And voilà! We're testing precisely those ranges that we need to, without any exhaustive matching
1665 /// on actual integers. The nice thing about this is that the number of subranges is linear in the
1666 /// number of rows in the matrix (i.e., the number of cases in the `match` statement), so we don't
1667 /// need to be worried about matching over gargantuan ranges.
1668 ///
1669 /// Essentially, given the first column of a matrix representing ranges, looking like the following:
1670 ///
1671 /// |------|  |----------| |-------|    ||
1672 ///    |-------| |-------|            |----| ||
1673 ///       |---------|
1674 ///
1675 /// We split the ranges up into equivalence classes so the ranges are no longer overlapping:
1676 ///
1677 /// |--|--|||-||||--||---|||-------|  |-|||| ||
1678 ///
1679 /// The logic for determining how to split the ranges is fairly straightforward: we calculate
1680 /// boundaries for each interval range, sort them, then create constructors for each new interval
1681 /// between every pair of boundary points. (This essentially sums up to performing the intuitive
1682 /// merging operation depicted above.)
1683 ///
1684 /// `hir_id` is `None` when we're evaluating the wildcard pattern, do not lint for overlapping in
1685 /// ranges that case.
1686 fn split_grouped_constructors<'p, 'tcx>(
1687     tcx: TyCtxt<'tcx>,
1688     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1689     ctors: Vec<Constructor<'tcx>>,
1690     &Matrix(ref m): &Matrix<'p, 'tcx>,
1691     ty: Ty<'tcx>,
1692     span: Span,
1693     hir_id: Option<HirId>,
1694 ) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
1695     let mut split_ctors = Vec::with_capacity(ctors.len());
1696
1697     for ctor in ctors.into_iter() {
1698         match ctor {
1699             // For now, only ranges may denote groups of "subconstructors", so we only need to
1700             // special-case constant ranges.
1701             ConstantRange(..) if should_treat_range_exhaustively(tcx, &ctor) => {
1702                 // We only care about finding all the subranges within the range of the constructor
1703                 // range. Anything else is irrelevant, because it is guaranteed to result in
1704                 // `NotUseful`, which is the default case anyway, and can be ignored.
1705                 let ctor_range = IntRange::from_ctor(tcx, param_env, &ctor).unwrap();
1706
1707                 /// Represents a border between 2 integers. Because the intervals spanning borders
1708                 /// must be able to cover every integer, we need to be able to represent
1709                 /// 2^128 + 1 such borders.
1710                 #[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Debug)]
1711                 enum Border {
1712                     JustBefore(u128),
1713                     AfterMax,
1714                 }
1715
1716                 // A function for extracting the borders of an integer interval.
1717                 fn range_borders(r: IntRange<'_>) -> impl Iterator<Item = Border> {
1718                     let (lo, hi) = r.range.into_inner();
1719                     let from = Border::JustBefore(lo);
1720                     let to = match hi.checked_add(1) {
1721                         Some(m) => Border::JustBefore(m),
1722                         None => Border::AfterMax,
1723                     };
1724                     vec![from, to].into_iter()
1725                 }
1726
1727                 // Collect the span and range of all the intersecting ranges to lint on likely
1728                 // incorrect range patterns. (#63987)
1729                 let mut overlaps = vec![];
1730                 // `borders` is the set of borders between equivalence classes: each equivalence
1731                 // class lies between 2 borders.
1732                 let row_borders = m.iter()
1733                     .flat_map(|row| {
1734                         IntRange::from_pat(tcx, param_env, row[0]).map(|r| (r, row.len()))
1735                     })
1736                     .flat_map(|(range, row_len)| {
1737                         let intersection = ctor_range.intersection(&range);
1738                         let should_lint = ctor_range.suspicious_intersection(&range);
1739                         if let (Some(range), 1, true) = (&intersection, row_len, should_lint) {
1740                             // FIXME: for now, only check for overlapping ranges on simple range
1741                             // patterns. Otherwise with the current logic the following is detected
1742                             // as overlapping:
1743                             //   match (10u8, true) {
1744                             //    (0 ..= 125, false) => {}
1745                             //    (126 ..= 255, false) => {}
1746                             //    (0 ..= 255, true) => {}
1747                             //  }
1748                             overlaps.push(range.clone());
1749                         }
1750                         intersection
1751                     })
1752                     .flat_map(|range| range_borders(range));
1753                 let ctor_borders = range_borders(ctor_range.clone());
1754                 let mut borders: Vec<_> = row_borders.chain(ctor_borders).collect();
1755                 borders.sort_unstable();
1756
1757                 lint_overlapping_patterns(tcx, hir_id, ctor_range, ty, overlaps);
1758
1759                 // We're going to iterate through every pair of borders, making sure that each
1760                 // represents an interval of nonnegative length, and convert each such interval
1761                 // into a constructor.
1762                 for IntRange { range, .. } in borders.windows(2).filter_map(|window| {
1763                     match (window[0], window[1]) {
1764                         (Border::JustBefore(n), Border::JustBefore(m)) => {
1765                             if n < m {
1766                                 Some(IntRange { range: n..=(m - 1), ty, span })
1767                             } else {
1768                                 None
1769                             }
1770                         }
1771                         (Border::JustBefore(n), Border::AfterMax) => {
1772                             Some(IntRange { range: n..=u128::MAX, ty, span })
1773                         }
1774                         (Border::AfterMax, _) => None,
1775                     }
1776                 }) {
1777                     split_ctors.push(IntRange::range_to_ctor(tcx, ty, range, span));
1778                 }
1779             }
1780             // Any other constructor can be used unchanged.
1781             _ => split_ctors.push(ctor),
1782         }
1783     }
1784
1785     split_ctors
1786 }
1787
1788 fn lint_overlapping_patterns(
1789     tcx: TyCtxt<'tcx>,
1790     hir_id: Option<HirId>,
1791     ctor_range: IntRange<'tcx>,
1792     ty: Ty<'tcx>,
1793     overlaps: Vec<IntRange<'tcx>>,
1794 ) {
1795     if let (true, Some(hir_id)) = (!overlaps.is_empty(), hir_id) {
1796         let mut err = tcx.struct_span_lint_hir(
1797             lint::builtin::OVERLAPPING_PATTERNS,
1798             hir_id,
1799             ctor_range.span,
1800             "multiple patterns covering the same range",
1801         );
1802         err.span_label(ctor_range.span, "overlapping patterns");
1803         for int_range in overlaps {
1804             // Use the real type for user display of the ranges:
1805             err.span_label(int_range.span, &format!(
1806                 "this range overlaps on `{}`",
1807                 IntRange::range_to_ctor(tcx, ty, int_range.range, DUMMY_SP).display(tcx),
1808             ));
1809         }
1810         err.emit();
1811     }
1812 }
1813
1814 fn constructor_covered_by_range<'tcx>(
1815     tcx: TyCtxt<'tcx>,
1816     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1817     ctor: &Constructor<'tcx>,
1818     pat: &Pat<'tcx>,
1819 ) -> Result<bool, ErrorReported> {
1820     let (from, to, end, ty) = match pat.kind {
1821         box PatKind::Constant { value } => (value, value, RangeEnd::Included, value.ty),
1822         box PatKind::Range(PatRange { lo, hi, end }) => (lo, hi, end, lo.ty),
1823         _ => bug!("`constructor_covered_by_range` called with {:?}", pat),
1824     };
1825     trace!("constructor_covered_by_range {:#?}, {:#?}, {:#?}, {}", ctor, from, to, ty);
1826     let cmp_from = |c_from| compare_const_vals(tcx, c_from, from, param_env, ty)
1827         .map(|res| res != Ordering::Less);
1828     let cmp_to = |c_to| compare_const_vals(tcx, c_to, to, param_env, ty);
1829     macro_rules! some_or_ok {
1830         ($e:expr) => {
1831             match $e {
1832                 Some(to) => to,
1833                 None => return Ok(false), // not char or int
1834             }
1835         };
1836     }
1837     match *ctor {
1838         ConstantValue(value, _) => {
1839             let to = some_or_ok!(cmp_to(value));
1840             let end = (to == Ordering::Less) ||
1841                       (end == RangeEnd::Included && to == Ordering::Equal);
1842             Ok(some_or_ok!(cmp_from(value)) && end)
1843         },
1844         ConstantRange(from, to, ty, RangeEnd::Included, _) => {
1845             let to = some_or_ok!(cmp_to(ty::Const::from_bits(
1846                 tcx,
1847                 to,
1848                 ty::ParamEnv::empty().and(ty),
1849             )));
1850             let end = (to == Ordering::Less) ||
1851                       (end == RangeEnd::Included && to == Ordering::Equal);
1852             Ok(some_or_ok!(cmp_from(ty::Const::from_bits(
1853                 tcx,
1854                 from,
1855                 ty::ParamEnv::empty().and(ty),
1856             ))) && end)
1857         },
1858         ConstantRange(from, to, ty, RangeEnd::Excluded, _) => {
1859             let to = some_or_ok!(cmp_to(ty::Const::from_bits(
1860                 tcx,
1861                 to,
1862                 ty::ParamEnv::empty().and(ty)
1863             )));
1864             let end = (to == Ordering::Less) ||
1865                       (end == RangeEnd::Excluded && to == Ordering::Equal);
1866             Ok(some_or_ok!(cmp_from(ty::Const::from_bits(
1867                 tcx,
1868                 from,
1869                 ty::ParamEnv::empty().and(ty)))
1870             ) && end)
1871         }
1872         Single => Ok(true),
1873         _ => bug!(),
1874     }
1875 }
1876
1877 fn patterns_for_variant<'p, 'tcx>(
1878     subpatterns: &'p [FieldPat<'tcx>],
1879     wild_patterns: &[&'p Pat<'tcx>])
1880     -> SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>
1881 {
1882     let mut result = SmallVec::from_slice(wild_patterns);
1883
1884     for subpat in subpatterns {
1885         result[subpat.field.index()] = &subpat.pattern;
1886     }
1887
1888     debug!("patterns_for_variant({:#?}, {:#?}) = {:#?}", subpatterns, wild_patterns, result);
1889     result
1890 }
1891
1892 /// This is the main specialization step. It expands the first pattern in the given row
1893 /// into `arity` patterns based on the constructor. For most patterns, the step is trivial,
1894 /// for instance tuple patterns are flattened and box patterns expand into their inner pattern.
1895 ///
1896 /// OTOH, slice patterns with a subslice pattern (..tail) can be expanded into multiple
1897 /// different patterns.
1898 /// Structure patterns with a partial wild pattern (Foo { a: 42, .. }) have their missing
1899 /// fields filled with wild patterns.
1900 fn specialize<'p, 'a: 'p, 'tcx>(
1901     cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1902     r: &[&'p Pat<'tcx>],
1903     constructor: &Constructor<'tcx>,
1904     wild_patterns: &[&'p Pat<'tcx>],
1905 ) -> Option<SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>> {
1906     let pat = &r[0];
1907
1908     let head = match *pat.kind {
1909         PatKind::AscribeUserType { ref subpattern, .. } => {
1910             specialize(cx, ::std::slice::from_ref(&subpattern), constructor, wild_patterns)
1911         }
1912
1913         PatKind::Binding { .. } | PatKind::Wild => {
1914             Some(SmallVec::from_slice(wild_patterns))
1915         }
1916
1917         PatKind::Variant { adt_def, variant_index, ref subpatterns, .. } => {
1918             let ref variant = adt_def.variants[variant_index];
1919             Some(Variant(variant.def_id))
1920                 .filter(|variant_constructor| variant_constructor == constructor)
1921                 .map(|_| patterns_for_variant(subpatterns, wild_patterns))
1922         }
1923
1924         PatKind::Leaf { ref subpatterns } => {
1925             Some(patterns_for_variant(subpatterns, wild_patterns))
1926         }
1927
1928         PatKind::Deref { ref subpattern } => {
1929             Some(smallvec![subpattern])
1930         }
1931
1932         PatKind::Constant { value } if constructor.is_slice() => {
1933             // We extract an `Option` for the pointer because slices of zero
1934             // elements don't necessarily point to memory, they are usually
1935             // just integers. The only time they should be pointing to memory
1936             // is when they are subslices of nonzero slices.
1937             let (alloc, offset, n, ty) = match value.ty.kind {
1938                 ty::Array(t, n) => {
1939                     match value.val {
1940                         ConstValue::ByRef { offset, alloc, .. } => (
1941                             alloc,
1942                             offset,
1943                             n.eval_usize(cx.tcx, cx.param_env),
1944                             t,
1945                         ),
1946                         _ => span_bug!(
1947                             pat.span,
1948                             "array pattern is {:?}", value,
1949                         ),
1950                     }
1951                 },
1952                 ty::Slice(t) => {
1953                     match value.val {
1954                         ConstValue::Slice { data, start, end } => (
1955                             data,
1956                             Size::from_bytes(start as u64),
1957                             (end - start) as u64,
1958                             t,
1959                         ),
1960                         ConstValue::ByRef { .. } => {
1961                             // FIXME(oli-obk): implement `deref` for `ConstValue`
1962                             return None;
1963                         },
1964                         _ => span_bug!(
1965                             pat.span,
1966                             "slice pattern constant must be scalar pair but is {:?}",
1967                             value,
1968                         ),
1969                     }
1970                 },
1971                 _ => span_bug!(
1972                     pat.span,
1973                     "unexpected const-val {:?} with ctor {:?}",
1974                     value,
1975                     constructor,
1976                 ),
1977             };
1978             if wild_patterns.len() as u64 == n {
1979                 // convert a constant slice/array pattern to a list of patterns.
1980                 let layout = cx.tcx.layout_of(cx.param_env.and(ty)).ok()?;
1981                 let ptr = Pointer::new(AllocId(0), offset);
1982                 (0..n).map(|i| {
1983                     let ptr = ptr.offset(layout.size * i, &cx.tcx).ok()?;
1984                     let scalar = alloc.read_scalar(
1985                         &cx.tcx, ptr, layout.size,
1986                     ).ok()?;
1987                     let scalar = scalar.not_undef().ok()?;
1988                     let value = ty::Const::from_scalar(cx.tcx, scalar, ty);
1989                     let pattern = Pat {
1990                         ty,
1991                         span: pat.span,
1992                         kind: box PatKind::Constant { value },
1993                     };
1994                     Some(&*cx.pattern_arena.alloc(pattern))
1995                 }).collect()
1996             } else {
1997                 None
1998             }
1999         }
2000
2001         PatKind::Constant { .. } |
2002         PatKind::Range { .. } => {
2003             // If the constructor is a:
2004             // - Single value: add a row if the pattern contains the constructor.
2005             // - Range: add a row if the constructor intersects the pattern.
2006             if should_treat_range_exhaustively(cx.tcx, constructor) {
2007                 match (IntRange::from_ctor(cx.tcx, cx.param_env, constructor),
2008                        IntRange::from_pat(cx.tcx, cx.param_env, pat)) {
2009                     (Some(ctor), Some(pat)) => {
2010                         ctor.intersection(&pat).map(|_| {
2011                             let (pat_lo, pat_hi) = pat.range.into_inner();
2012                             let (ctor_lo, ctor_hi) = ctor.range.into_inner();
2013                             assert!(pat_lo <= ctor_lo && ctor_hi <= pat_hi);
2014                             smallvec![]
2015                         })
2016                     }
2017                     _ => None,
2018                 }
2019             } else {
2020                 // Fallback for non-ranges and ranges that involve
2021                 // floating-point numbers, which are not conveniently handled
2022                 // by `IntRange`. For these cases, the constructor may not be a
2023                 // range so intersection actually devolves into being covered
2024                 // by the pattern.
2025                 match constructor_covered_by_range(cx.tcx, cx.param_env, constructor, pat) {
2026                     Ok(true) => Some(smallvec![]),
2027                     Ok(false) | Err(ErrorReported) => None,
2028                 }
2029             }
2030         }
2031
2032         PatKind::Array { ref prefix, ref slice, ref suffix } |
2033         PatKind::Slice { ref prefix, ref slice, ref suffix } => {
2034             match *constructor {
2035                 Slice(..) => {
2036                     let pat_len = prefix.len() + suffix.len();
2037                     if let Some(slice_count) = wild_patterns.len().checked_sub(pat_len) {
2038                         if slice_count == 0 || slice.is_some() {
2039                             Some(prefix.iter().chain(
2040                                     wild_patterns.iter().map(|p| *p)
2041                                                  .skip(prefix.len())
2042                                                  .take(slice_count)
2043                                                  .chain(suffix.iter())
2044                             ).collect())
2045                         } else {
2046                             None
2047                         }
2048                     } else {
2049                         None
2050                     }
2051                 }
2052                 ConstantValue(cv, _) => {
2053                     match slice_pat_covered_by_const(
2054                         cx.tcx, pat.span, cv, prefix, slice, suffix, cx.param_env,
2055                     ) {
2056                         Ok(true) => Some(smallvec![]),
2057                         Ok(false) => None,
2058                         Err(ErrorReported) => None
2059                     }
2060                 }
2061                 _ => span_bug!(pat.span,
2062                     "unexpected ctor {:?} for slice pat", constructor)
2063             }
2064         }
2065
2066         PatKind::Or { .. } => {
2067             bug!("support for or-patterns has not been fully implemented yet.");
2068         }
2069     };
2070     debug!("specialize({:#?}, {:#?}) = {:#?}", r[0], wild_patterns, head);
2071
2072     head.map(|mut head| {
2073         head.extend_from_slice(&r[1 ..]);
2074         head
2075     })
2076 }