]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc_mir/hair/pattern/_match.rs
Rollup merge of #60183 - tmandry:chalk-builtin-copy-clone, r=scalexm
[rust.git] / src / librustc_mir / hair / pattern / _match.rs
1 /// This file includes the logic for exhaustiveness and usefulness checking for
2 /// pattern-matching. Specifically, given a list of patterns for a type, we can
3 /// tell whether:
4 /// (a) the patterns cover every possible constructor for the type [exhaustiveness]
5 /// (b) each pattern is necessary [usefulness]
6 ///
7 /// The algorithm implemented here is a modified version of the one described in:
8 /// http://moscova.inria.fr/~maranget/papers/warn/index.html
9 /// However, to save future implementors from reading the original paper, we
10 /// summarise the algorithm here to hopefully save time and be a little clearer
11 /// (without being so rigorous).
12 ///
13 /// The core of the algorithm revolves about a "usefulness" check. In particular, we
14 /// are trying to compute a predicate `U(P, p_{m + 1})` where `P` is a list of patterns
15 /// of length `m` for a compound (product) type with `n` components (we refer to this as
16 /// a matrix). `U(P, p_{m + 1})` represents whether, given an existing list of patterns
17 /// `p_1 ..= p_m`, adding a new pattern will be "useful" (that is, cover previously-
18 /// uncovered values of the type).
19 ///
20 /// If we have this predicate, then we can easily compute both exhaustiveness of an
21 /// entire set of patterns and the individual usefulness of each one.
22 /// (a) the set of patterns is exhaustive iff `U(P, _)` is false (i.e., adding a wildcard
23 /// match doesn't increase the number of values we're matching)
24 /// (b) a pattern `p_i` is not useful if `U(P[0..=(i-1), p_i)` is false (i.e., adding a
25 /// pattern to those that have come before it doesn't increase the number of values
26 /// we're matching).
27 ///
28 /// For example, say we have the following:
29 /// ```
30 ///     // x: (Option<bool>, Result<()>)
31 ///     match x {
32 ///         (Some(true), _) => {}
33 ///         (None, Err(())) => {}
34 ///         (None, Err(_)) => {}
35 ///     }
36 /// ```
37 /// Here, the matrix `P` is 3 x 2 (rows x columns).
38 /// [
39 ///     [Some(true), _],
40 ///     [None, Err(())],
41 ///     [None, Err(_)],
42 /// ]
43 /// We can tell it's not exhaustive, because `U(P, _)` is true (we're not covering
44 /// `[Some(false), _]`, for instance). In addition, row 3 is not useful, because
45 /// all the values it covers are already covered by row 2.
46 ///
47 /// To compute `U`, we must have two other concepts.
48 ///     1. `S(c, P)` is a "specialized matrix", where `c` is a constructor (like `Some` or
49 ///        `None`). You can think of it as filtering `P` to just the rows whose *first* pattern
50 ///        can cover `c` (and expanding OR-patterns into distinct patterns), and then expanding
51 ///        the constructor into all of its components.
52 ///        The specialization of a row vector is computed by `specialize`.
53 ///
54 ///        It is computed as follows. For each row `p_i` of P, we have four cases:
55 ///             1.1. `p_(i,1) = c(r_1, .., r_a)`. Then `S(c, P)` has a corresponding row:
56 ///                     r_1, .., r_a, p_(i,2), .., p_(i,n)
57 ///             1.2. `p_(i,1) = c'(r_1, .., r_a')` where `c ≠ c'`. Then `S(c, P)` has no
58 ///                  corresponding row.
59 ///             1.3. `p_(i,1) = _`. Then `S(c, P)` has a corresponding row:
60 ///                     _, .., _, p_(i,2), .., p_(i,n)
61 ///             1.4. `p_(i,1) = r_1 | r_2`. Then `S(c, P)` has corresponding rows inlined from:
62 ///                     S(c, (r_1, p_(i,2), .., p_(i,n)))
63 ///                     S(c, (r_2, p_(i,2), .., p_(i,n)))
64 ///
65 ///     2. `D(P)` is a "default matrix". This is used when we know there are missing
66 ///        constructor cases, but there might be existing wildcard patterns, so to check the
67 ///        usefulness of the matrix, we have to check all its *other* components.
68 ///        The default matrix is computed inline in `is_useful`.
69 ///
70 ///         It is computed as follows. For each row `p_i` of P, we have three cases:
71 ///             1.1. `p_(i,1) = c(r_1, .., r_a)`. Then `D(P)` has no corresponding row.
72 ///             1.2. `p_(i,1) = _`. Then `D(P)` has a corresponding row:
73 ///                     p_(i,2), .., p_(i,n)
74 ///             1.3. `p_(i,1) = r_1 | r_2`. Then `D(P)` has corresponding rows inlined from:
75 ///                     D((r_1, p_(i,2), .., p_(i,n)))
76 ///                     D((r_2, p_(i,2), .., p_(i,n)))
77 ///
78 ///     Note that the OR-patterns are not always used directly in Rust, but are used to derive
79 ///     the exhaustive integer matching rules, so they're written here for posterity.
80 ///
81 /// The algorithm for computing `U`
82 /// -------------------------------
83 /// The algorithm is inductive (on the number of columns: i.e., components of tuple patterns).
84 /// That means we're going to check the components from left-to-right, so the algorithm
85 /// operates principally on the first component of the matrix and new pattern `p_{m + 1}`.
86 /// This algorithm is realised in the `is_useful` function.
87 ///
88 /// Base case. (`n = 0`, i.e., an empty tuple pattern)
89 ///     - If `P` already contains an empty pattern (i.e., if the number of patterns `m > 0`),
90 ///       then `U(P, p_{m + 1})` is false.
91 ///     - Otherwise, `P` must be empty, so `U(P, p_{m + 1})` is true.
92 ///
93 /// Inductive step. (`n > 0`, i.e., whether there's at least one column
94 ///                  [which may then be expanded into further columns later])
95 ///     We're going to match on the new pattern, `p_{m + 1}`.
96 ///         - If `p_{m + 1} == c(r_1, .., r_a)`, then we have a constructor pattern.
97 ///           Thus, the usefulness of `p_{m + 1}` can be reduced to whether it is useful when
98 ///           we ignore all the patterns in `P` that involve other constructors. This is where
99 ///           `S(c, P)` comes in:
100 ///           `U(P, p_{m + 1}) := U(S(c, P), S(c, p_{m + 1}))`
101 ///           This special case is handled in `is_useful_specialized`.
102 ///         - If `p_{m + 1} == _`, then we have two more cases:
103 ///             + All the constructors of the first component of the type exist within
104 ///               all the rows (after having expanded OR-patterns). In this case:
105 ///               `U(P, p_{m + 1}) := ∨(k ϵ constructors) U(S(k, P), S(k, p_{m + 1}))`
106 ///               I.e., the pattern `p_{m + 1}` is only useful when all the constructors are
107 ///               present *if* its later components are useful for the respective constructors
108 ///               covered by `p_{m + 1}` (usually a single constructor, but all in the case of `_`).
109 ///             + Some constructors are not present in the existing rows (after having expanded
110 ///               OR-patterns). However, there might be wildcard patterns (`_`) present. Thus, we
111 ///               are only really concerned with the other patterns leading with wildcards. This is
112 ///               where `D` comes in:
113 ///               `U(P, p_{m + 1}) := U(D(P), p_({m + 1},2), ..,  p_({m + 1},n))`
114 ///         - If `p_{m + 1} == r_1 | r_2`, then the usefulness depends on each separately:
115 ///           `U(P, p_{m + 1}) := U(P, (r_1, p_({m + 1},2), .., p_({m + 1},n)))
116 ///                            || U(P, (r_2, p_({m + 1},2), .., p_({m + 1},n)))`
117 ///
118 /// Modifications to the algorithm
119 /// ------------------------------
120 /// The algorithm in the paper doesn't cover some of the special cases that arise in Rust, for
121 /// example uninhabited types and variable-length slice patterns. These are drawn attention to
122 /// throughout the code below. I'll make a quick note here about how exhaustive integer matching
123 /// is accounted for, though.
124 ///
125 /// Exhaustive integer matching
126 /// ---------------------------
127 /// An integer type can be thought of as a (huge) sum type: 1 | 2 | 3 | ...
128 /// So to support exhaustive integer matching, we can make use of the logic in the paper for
129 /// OR-patterns. However, we obviously can't just treat ranges x..=y as individual sums, because
130 /// they are likely gigantic. So we instead treat ranges as constructors of the integers. This means
131 /// that we have a constructor *of* constructors (the integers themselves). We then need to work
132 /// through all the inductive step rules above, deriving how the ranges would be treated as
133 /// OR-patterns, and making sure that they're treated in the same way even when they're ranges.
134 /// There are really only four special cases here:
135 /// - When we match on a constructor that's actually a range, we have to treat it as if we would
136 ///   an OR-pattern.
137 ///     + It turns out that we can simply extend the case for single-value patterns in
138 ///      `specialize` to either be *equal* to a value constructor, or *contained within* a range
139 ///      constructor.
140 ///     + When the pattern itself is a range, you just want to tell whether any of the values in
141 ///       the pattern range coincide with values in the constructor range, which is precisely
142 ///       intersection.
143 ///   Since when encountering a range pattern for a value constructor, we also use inclusion, it
144 ///   means that whenever the constructor is a value/range and the pattern is also a value/range,
145 ///   we can simply use intersection to test usefulness.
146 /// - When we're testing for usefulness of a pattern and the pattern's first component is a
147 ///   wildcard.
148 ///     + If all the constructors appear in the matrix, we have a slight complication. By default,
149 ///       the behaviour (i.e., a disjunction over specialised matrices for each constructor) is
150 ///       invalid, because we want a disjunction over every *integer* in each range, not just a
151 ///       disjunction over every range. This is a bit more tricky to deal with: essentially we need
152 ///       to form equivalence classes of subranges of the constructor range for which the behaviour
153 ///       of the matrix `P` and new pattern `p_{m + 1}` are the same. This is described in more
154 ///       detail in `split_grouped_constructors`.
155 ///     + If some constructors are missing from the matrix, it turns out we don't need to do
156 ///       anything special (because we know none of the integers are actually wildcards: i.e., we
157 ///       can't span wildcards using ranges).
158
159 use self::Constructor::*;
160 use self::Usefulness::*;
161 use self::WitnessPreference::*;
162
163 use rustc_data_structures::fx::FxHashMap;
164 use rustc_data_structures::indexed_vec::Idx;
165
166 use super::{FieldPattern, Pattern, PatternKind, PatternRange};
167 use super::{PatternFoldable, PatternFolder, compare_const_vals};
168
169 use rustc::hir::def_id::DefId;
170 use rustc::hir::RangeEnd;
171 use rustc::ty::{self, Ty, TyCtxt, TypeFoldable, Const};
172 use rustc::ty::layout::{Integer, IntegerExt, VariantIdx, Size};
173
174 use rustc::mir::Field;
175 use rustc::mir::interpret::{ConstValue, Scalar, truncate};
176 use rustc::util::common::ErrorReported;
177
178 use syntax::attr::{SignedInt, UnsignedInt};
179 use syntax_pos::{Span, DUMMY_SP};
180
181 use arena::TypedArena;
182
183 use smallvec::{SmallVec, smallvec};
184 use std::cmp::{self, Ordering, min, max};
185 use std::fmt;
186 use std::iter::{FromIterator, IntoIterator};
187 use std::ops::RangeInclusive;
188 use std::u128;
189
190 pub fn expand_pattern<'a, 'tcx>(cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>, pat: Pattern<'tcx>)
191                                 -> &'a Pattern<'tcx>
192 {
193     cx.pattern_arena.alloc(LiteralExpander { tcx: cx.tcx }.fold_pattern(&pat))
194 }
195
196 struct LiteralExpander<'a, 'tcx> {
197     tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>
198 }
199
200 impl<'a, 'tcx> LiteralExpander<'a, 'tcx> {
201     /// Derefs `val` and potentially unsizes the value if `crty` is an array and `rty` a slice.
202     ///
203     /// `crty` and `rty` can differ because you can use array constants in the presence of slice
204     /// patterns. So the pattern may end up being a slice, but the constant is an array. We convert
205     /// the array to a slice in that case.
206     fn fold_const_value_deref(
207         &mut self,
208         val: ConstValue<'tcx>,
209         // the pattern's pointee type
210         rty: Ty<'tcx>,
211         // the constant's pointee type
212         crty: Ty<'tcx>,
213     ) -> ConstValue<'tcx> {
214         debug!("fold_const_value_deref {:?} {:?} {:?}", val, rty, crty);
215         match (val, &crty.sty, &rty.sty) {
216             // the easy case, deref a reference
217             (ConstValue::Scalar(Scalar::Ptr(p)), x, y) if x == y => ConstValue::ByRef(
218                 p,
219                 self.tcx.alloc_map.lock().unwrap_memory(p.alloc_id),
220             ),
221             // unsize array to slice if pattern is array but match value or other patterns are slice
222             (ConstValue::Scalar(Scalar::Ptr(p)), ty::Array(t, n), ty::Slice(u)) => {
223                 assert_eq!(t, u);
224                 ConstValue::Slice(
225                     Scalar::Ptr(p),
226                     n.val.try_to_scalar()
227                         .unwrap()
228                         .to_usize(&self.tcx)
229                         .unwrap(),
230                 )
231             },
232             // fat pointers stay the same
233             (ConstValue::Slice(..), _, _) => val,
234             // FIXME(oli-obk): this is reachable for `const FOO: &&&u32 = &&&42;` being used
235             _ => bug!("cannot deref {:#?}, {} -> {}", val, crty, rty),
236         }
237     }
238 }
239
240 impl<'a, 'tcx> PatternFolder<'tcx> for LiteralExpander<'a, 'tcx> {
241     fn fold_pattern(&mut self, pat: &Pattern<'tcx>) -> Pattern<'tcx> {
242         debug!("fold_pattern {:?} {:?} {:?}", pat, pat.ty.sty, pat.kind);
243         match (&pat.ty.sty, &*pat.kind) {
244             (
245                 &ty::Ref(_, rty, _),
246                 &PatternKind::Constant { value: Const {
247                     val,
248                     ty: ty::TyS { sty: ty::Ref(_, crty, _), .. },
249                 } },
250             ) => {
251                 Pattern {
252                     ty: pat.ty,
253                     span: pat.span,
254                     kind: box PatternKind::Deref {
255                         subpattern: Pattern {
256                             ty: rty,
257                             span: pat.span,
258                             kind: box PatternKind::Constant { value: Const {
259                                 val: self.fold_const_value_deref(val, rty, crty),
260                                 ty: rty,
261                             } },
262                         }
263                     }
264                 }
265             }
266             (_, &PatternKind::Binding { subpattern: Some(ref s), .. }) => {
267                 s.fold_with(self)
268             }
269             _ => pat.super_fold_with(self)
270         }
271     }
272 }
273
274 impl<'tcx> Pattern<'tcx> {
275     fn is_wildcard(&self) -> bool {
276         match *self.kind {
277             PatternKind::Binding { subpattern: None, .. } | PatternKind::Wild =>
278                 true,
279             _ => false
280         }
281     }
282 }
283
284 /// A 2D matrix. Nx1 matrices are very common, which is why `SmallVec[_; 2]`
285 /// works well for each row.
286 pub struct Matrix<'p, 'tcx: 'p>(Vec<SmallVec<[&'p Pattern<'tcx>; 2]>>);
287
288 impl<'p, 'tcx> Matrix<'p, 'tcx> {
289     pub fn empty() -> Self {
290         Matrix(vec![])
291     }
292
293     pub fn push(&mut self, row: SmallVec<[&'p Pattern<'tcx>; 2]>) {
294         self.0.push(row)
295     }
296 }
297
298 /// Pretty-printer for matrices of patterns, example:
299 /// ++++++++++++++++++++++++++
300 /// + _     + []             +
301 /// ++++++++++++++++++++++++++
302 /// + true  + [First]        +
303 /// ++++++++++++++++++++++++++
304 /// + true  + [Second(true)] +
305 /// ++++++++++++++++++++++++++
306 /// + false + [_]            +
307 /// ++++++++++++++++++++++++++
308 /// + _     + [_, _, ..tail] +
309 /// ++++++++++++++++++++++++++
310 impl<'p, 'tcx> fmt::Debug for Matrix<'p, 'tcx> {
311     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
312         write!(f, "\n")?;
313
314         let &Matrix(ref m) = self;
315         let pretty_printed_matrix: Vec<Vec<String>> = m.iter().map(|row| {
316             row.iter().map(|pat| format!("{:?}", pat)).collect()
317         }).collect();
318
319         let column_count = m.iter().map(|row| row.len()).max().unwrap_or(0);
320         assert!(m.iter().all(|row| row.len() == column_count));
321         let column_widths: Vec<usize> = (0..column_count).map(|col| {
322             pretty_printed_matrix.iter().map(|row| row[col].len()).max().unwrap_or(0)
323         }).collect();
324
325         let total_width = column_widths.iter().cloned().sum::<usize>() + column_count * 3 + 1;
326         let br = "+".repeat(total_width);
327         write!(f, "{}\n", br)?;
328         for row in pretty_printed_matrix {
329             write!(f, "+")?;
330             for (column, pat_str) in row.into_iter().enumerate() {
331                 write!(f, " ")?;
332                 write!(f, "{:1$}", pat_str, column_widths[column])?;
333                 write!(f, " +")?;
334             }
335             write!(f, "\n")?;
336             write!(f, "{}\n", br)?;
337         }
338         Ok(())
339     }
340 }
341
342 impl<'p, 'tcx> FromIterator<SmallVec<[&'p Pattern<'tcx>; 2]>> for Matrix<'p, 'tcx> {
343     fn from_iter<T>(iter: T) -> Self
344         where T: IntoIterator<Item=SmallVec<[&'p Pattern<'tcx>; 2]>>
345     {
346         Matrix(iter.into_iter().collect())
347     }
348 }
349
350 pub struct MatchCheckCtxt<'a, 'tcx: 'a> {
351     pub tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
352     /// The module in which the match occurs. This is necessary for
353     /// checking inhabited-ness of types because whether a type is (visibly)
354     /// inhabited can depend on whether it was defined in the current module or
355     /// not. E.g., `struct Foo { _private: ! }` cannot be seen to be empty
356     /// outside it's module and should not be matchable with an empty match
357     /// statement.
358     pub module: DefId,
359     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
360     pub pattern_arena: &'a TypedArena<Pattern<'tcx>>,
361     pub byte_array_map: FxHashMap<*const Pattern<'tcx>, Vec<&'a Pattern<'tcx>>>,
362 }
363
364 impl<'a, 'tcx> MatchCheckCtxt<'a, 'tcx> {
365     pub fn create_and_enter<F, R>(
366         tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
367         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
368         module: DefId,
369         f: F) -> R
370         where F: for<'b> FnOnce(MatchCheckCtxt<'b, 'tcx>) -> R
371     {
372         let pattern_arena = TypedArena::default();
373
374         f(MatchCheckCtxt {
375             tcx,
376             param_env,
377             module,
378             pattern_arena: &pattern_arena,
379             byte_array_map: FxHashMap::default(),
380         })
381     }
382
383     fn is_uninhabited(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
384         if self.tcx.features().exhaustive_patterns {
385             self.tcx.is_ty_uninhabited_from(self.module, ty)
386         } else {
387             false
388         }
389     }
390
391     fn is_non_exhaustive_enum(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
392         match ty.sty {
393             ty::Adt(adt_def, ..) => adt_def.is_variant_list_non_exhaustive(),
394             _ => false,
395         }
396     }
397
398     fn is_local(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
399         match ty.sty {
400             ty::Adt(adt_def, ..) => adt_def.did.is_local(),
401             _ => false,
402         }
403     }
404 }
405
406 #[derive(Clone, Debug, PartialEq)]
407 enum Constructor<'tcx> {
408     /// The constructor of all patterns that don't vary by constructor,
409     /// e.g., struct patterns and fixed-length arrays.
410     Single,
411     /// Enum variants.
412     Variant(DefId),
413     /// Literal values.
414     ConstantValue(ty::Const<'tcx>),
415     /// Ranges of literal values (`2...5` and `2..5`).
416     ConstantRange(u128, u128, Ty<'tcx>, RangeEnd),
417     /// Array patterns of length n.
418     Slice(u64),
419 }
420
421 impl<'tcx> Constructor<'tcx> {
422     fn variant_index_for_adt<'a>(
423         &self,
424         cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
425         adt: &'tcx ty::AdtDef,
426     ) -> VariantIdx {
427         match self {
428             &Variant(id) => adt.variant_index_with_id(id),
429             &Single => {
430                 assert!(!adt.is_enum());
431                 VariantIdx::new(0)
432             }
433             &ConstantValue(c) => crate::const_eval::const_variant_index(cx.tcx, cx.param_env, c),
434             _ => bug!("bad constructor {:?} for adt {:?}", self, adt)
435         }
436     }
437 }
438
439 #[derive(Clone, Debug)]
440 pub enum Usefulness<'tcx> {
441     Useful,
442     UsefulWithWitness(Vec<Witness<'tcx>>),
443     NotUseful
444 }
445
446 impl<'tcx> Usefulness<'tcx> {
447     fn is_useful(&self) -> bool {
448         match *self {
449             NotUseful => false,
450             _ => true
451         }
452     }
453 }
454
455 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
456 pub enum WitnessPreference {
457     ConstructWitness,
458     LeaveOutWitness
459 }
460
461 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
462 struct PatternContext<'tcx> {
463     ty: Ty<'tcx>,
464     max_slice_length: u64,
465 }
466
467 /// A witness of non-exhaustiveness for error reporting, represented
468 /// as a list of patterns (in reverse order of construction) with
469 /// wildcards inside to represent elements that can take any inhabitant
470 /// of the type as a value.
471 ///
472 /// A witness against a list of patterns should have the same types
473 /// and length as the pattern matched against. Because Rust `match`
474 /// is always against a single pattern, at the end the witness will
475 /// have length 1, but in the middle of the algorithm, it can contain
476 /// multiple patterns.
477 ///
478 /// For example, if we are constructing a witness for the match against
479 /// ```
480 /// struct Pair(Option<(u32, u32)>, bool);
481 ///
482 /// match (p: Pair) {
483 ///    Pair(None, _) => {}
484 ///    Pair(_, false) => {}
485 /// }
486 /// ```
487 ///
488 /// We'll perform the following steps:
489 /// 1. Start with an empty witness
490 ///     `Witness(vec![])`
491 /// 2. Push a witness `Some(_)` against the `None`
492 ///     `Witness(vec![Some(_)])`
493 /// 3. Push a witness `true` against the `false`
494 ///     `Witness(vec![Some(_), true])`
495 /// 4. Apply the `Pair` constructor to the witnesses
496 ///     `Witness(vec![Pair(Some(_), true)])`
497 ///
498 /// The final `Pair(Some(_), true)` is then the resulting witness.
499 #[derive(Clone, Debug)]
500 pub struct Witness<'tcx>(Vec<Pattern<'tcx>>);
501
502 impl<'tcx> Witness<'tcx> {
503     pub fn single_pattern(&self) -> &Pattern<'tcx> {
504         assert_eq!(self.0.len(), 1);
505         &self.0[0]
506     }
507
508     fn push_wild_constructor<'a>(
509         mut self,
510         cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
511         ctor: &Constructor<'tcx>,
512         ty: Ty<'tcx>)
513         -> Self
514     {
515         let sub_pattern_tys = constructor_sub_pattern_tys(cx, ctor, ty);
516         self.0.extend(sub_pattern_tys.into_iter().map(|ty| {
517             Pattern {
518                 ty,
519                 span: DUMMY_SP,
520                 kind: box PatternKind::Wild,
521             }
522         }));
523         self.apply_constructor(cx, ctor, ty)
524     }
525
526     /// Constructs a partial witness for a pattern given a list of
527     /// patterns expanded by the specialization step.
528     ///
529     /// When a pattern P is discovered to be useful, this function is used bottom-up
530     /// to reconstruct a complete witness, e.g., a pattern P' that covers a subset
531     /// of values, V, where each value in that set is not covered by any previously
532     /// used patterns and is covered by the pattern P'. Examples:
533     ///
534     /// left_ty: tuple of 3 elements
535     /// pats: [10, 20, _]           => (10, 20, _)
536     ///
537     /// left_ty: struct X { a: (bool, &'static str), b: usize}
538     /// pats: [(false, "foo"), 42]  => X { a: (false, "foo"), b: 42 }
539     fn apply_constructor<'a>(
540         mut self,
541         cx: &MatchCheckCtxt<'a,'tcx>,
542         ctor: &Constructor<'tcx>,
543         ty: Ty<'tcx>)
544         -> Self
545     {
546         let arity = constructor_arity(cx, ctor, ty);
547         let pat = {
548             let len = self.0.len() as u64;
549             let mut pats = self.0.drain((len - arity) as usize..).rev();
550
551             match ty.sty {
552                 ty::Adt(..) |
553                 ty::Tuple(..) => {
554                     let pats = pats.enumerate().map(|(i, p)| {
555                         FieldPattern {
556                             field: Field::new(i),
557                             pattern: p
558                         }
559                     }).collect();
560
561                     if let ty::Adt(adt, substs) = ty.sty {
562                         if adt.is_enum() {
563                             PatternKind::Variant {
564                                 adt_def: adt,
565                                 substs,
566                                 variant_index: ctor.variant_index_for_adt(cx, adt),
567                                 subpatterns: pats
568                             }
569                         } else {
570                             PatternKind::Leaf { subpatterns: pats }
571                         }
572                     } else {
573                         PatternKind::Leaf { subpatterns: pats }
574                     }
575                 }
576
577                 ty::Ref(..) => {
578                     PatternKind::Deref { subpattern: pats.nth(0).unwrap() }
579                 }
580
581                 ty::Slice(_) | ty::Array(..) => {
582                     PatternKind::Slice {
583                         prefix: pats.collect(),
584                         slice: None,
585                         suffix: vec![]
586                     }
587                 }
588
589                 _ => {
590                     match *ctor {
591                         ConstantValue(value) => PatternKind::Constant { value },
592                         ConstantRange(lo, hi, ty, end) => PatternKind::Range(PatternRange {
593                             lo: ty::Const::from_bits(cx.tcx, lo, ty::ParamEnv::empty().and(ty)),
594                             hi: ty::Const::from_bits(cx.tcx, hi, ty::ParamEnv::empty().and(ty)),
595                             ty,
596                             end,
597                         }),
598                         _ => PatternKind::Wild,
599                     }
600                 }
601             }
602         };
603
604         self.0.push(Pattern {
605             ty,
606             span: DUMMY_SP,
607             kind: Box::new(pat),
608         });
609
610         self
611     }
612 }
613
614 /// This determines the set of all possible constructors of a pattern matching
615 /// values of type `left_ty`. For vectors, this would normally be an infinite set
616 /// but is instead bounded by the maximum fixed length of slice patterns in
617 /// the column of patterns being analyzed.
618 ///
619 /// We make sure to omit constructors that are statically impossible. E.g., for
620 /// `Option<!>`, we do not include `Some(_)` in the returned list of constructors.
621 fn all_constructors<'a, 'tcx: 'a>(cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
622                                   pcx: PatternContext<'tcx>)
623                                   -> Vec<Constructor<'tcx>>
624 {
625     debug!("all_constructors({:?})", pcx.ty);
626     let ctors = match pcx.ty.sty {
627         ty::Bool => {
628             [true, false].iter().map(|&b| {
629                 ConstantValue(ty::Const::from_bool(cx.tcx, b))
630             }).collect()
631         }
632         ty::Array(ref sub_ty, len) if len.assert_usize(cx.tcx).is_some() => {
633             let len = len.unwrap_usize(cx.tcx);
634             if len != 0 && cx.is_uninhabited(sub_ty) {
635                 vec![]
636             } else {
637                 vec![Slice(len)]
638             }
639         }
640         // Treat arrays of a constant but unknown length like slices.
641         ty::Array(ref sub_ty, _) |
642         ty::Slice(ref sub_ty) => {
643             if cx.is_uninhabited(sub_ty) {
644                 vec![Slice(0)]
645             } else {
646                 (0..pcx.max_slice_length+1).map(|length| Slice(length)).collect()
647             }
648         }
649         ty::Adt(def, substs) if def.is_enum() => {
650             def.variants.iter()
651                 .filter(|v| {
652                     !cx.tcx.features().exhaustive_patterns ||
653                     !v.uninhabited_from(cx.tcx, substs, def.adt_kind()).contains(cx.tcx, cx.module)
654                 })
655                 .map(|v| Variant(v.def_id))
656                 .collect()
657         }
658         ty::Char => {
659             vec![
660                 // The valid Unicode Scalar Value ranges.
661                 ConstantRange('\u{0000}' as u128,
662                               '\u{D7FF}' as u128,
663                               cx.tcx.types.char,
664                               RangeEnd::Included
665                 ),
666                 ConstantRange('\u{E000}' as u128,
667                               '\u{10FFFF}' as u128,
668                               cx.tcx.types.char,
669                               RangeEnd::Included
670                 ),
671             ]
672         }
673         ty::Int(ity) => {
674             let bits = Integer::from_attr(&cx.tcx, SignedInt(ity)).size().bits() as u128;
675             let min = 1u128 << (bits - 1);
676             let max = min - 1;
677             vec![ConstantRange(min, max, pcx.ty, RangeEnd::Included)]
678         }
679         ty::Uint(uty) => {
680             let size = Integer::from_attr(&cx.tcx, UnsignedInt(uty)).size();
681             let max = truncate(u128::max_value(), size);
682             vec![ConstantRange(0, max, pcx.ty, RangeEnd::Included)]
683         }
684         _ => {
685             if cx.is_uninhabited(pcx.ty) {
686                 vec![]
687             } else {
688                 vec![Single]
689             }
690         }
691     };
692     ctors
693 }
694
695 fn max_slice_length<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a, I>(
696     cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
697     patterns: I) -> u64
698     where I: Iterator<Item=&'p Pattern<'tcx>>
699 {
700     // The exhaustiveness-checking paper does not include any details on
701     // checking variable-length slice patterns. However, they are matched
702     // by an infinite collection of fixed-length array patterns.
703     //
704     // Checking the infinite set directly would take an infinite amount
705     // of time. However, it turns out that for each finite set of
706     // patterns `P`, all sufficiently large array lengths are equivalent:
707     //
708     // Each slice `s` with a "sufficiently-large" length `l ≥ L` that applies
709     // to exactly the subset `Pₜ` of `P` can be transformed to a slice
710     // `sₘ` for each sufficiently-large length `m` that applies to exactly
711     // the same subset of `P`.
712     //
713     // Because of that, each witness for reachability-checking from one
714     // of the sufficiently-large lengths can be transformed to an
715     // equally-valid witness from any other length, so we only have
716     // to check slice lengths from the "minimal sufficiently-large length"
717     // and below.
718     //
719     // Note that the fact that there is a *single* `sₘ` for each `m`
720     // not depending on the specific pattern in `P` is important: if
721     // you look at the pair of patterns
722     //     `[true, ..]`
723     //     `[.., false]`
724     // Then any slice of length ≥1 that matches one of these two
725     // patterns can be trivially turned to a slice of any
726     // other length ≥1 that matches them and vice-versa - for
727     // but the slice from length 2 `[false, true]` that matches neither
728     // of these patterns can't be turned to a slice from length 1 that
729     // matches neither of these patterns, so we have to consider
730     // slices from length 2 there.
731     //
732     // Now, to see that that length exists and find it, observe that slice
733     // patterns are either "fixed-length" patterns (`[_, _, _]`) or
734     // "variable-length" patterns (`[_, .., _]`).
735     //
736     // For fixed-length patterns, all slices with lengths *longer* than
737     // the pattern's length have the same outcome (of not matching), so
738     // as long as `L` is greater than the pattern's length we can pick
739     // any `sₘ` from that length and get the same result.
740     //
741     // For variable-length patterns, the situation is more complicated,
742     // because as seen above the precise value of `sₘ` matters.
743     //
744     // However, for each variable-length pattern `p` with a prefix of length
745     // `plₚ` and suffix of length `slₚ`, only the first `plₚ` and the last
746     // `slₚ` elements are examined.
747     //
748     // Therefore, as long as `L` is positive (to avoid concerns about empty
749     // types), all elements after the maximum prefix length and before
750     // the maximum suffix length are not examined by any variable-length
751     // pattern, and therefore can be added/removed without affecting
752     // them - creating equivalent patterns from any sufficiently-large
753     // length.
754     //
755     // Of course, if fixed-length patterns exist, we must be sure
756     // that our length is large enough to miss them all, so
757     // we can pick `L = max(FIXED_LEN+1 ∪ {max(PREFIX_LEN) + max(SUFFIX_LEN)})`
758     //
759     // for example, with the above pair of patterns, all elements
760     // but the first and last can be added/removed, so any
761     // witness of length ≥2 (say, `[false, false, true]`) can be
762     // turned to a witness from any other length ≥2.
763
764     let mut max_prefix_len = 0;
765     let mut max_suffix_len = 0;
766     let mut max_fixed_len = 0;
767
768     for row in patterns {
769         match *row.kind {
770             PatternKind::Constant { value } => {
771                 // extract the length of an array/slice from a constant
772                 match (value.val, &value.ty.sty) {
773                     (_, ty::Array(_, n)) => max_fixed_len = cmp::max(
774                         max_fixed_len,
775                         n.unwrap_usize(cx.tcx),
776                     ),
777                     (ConstValue::Slice(_, n), ty::Slice(_)) => max_fixed_len = cmp::max(
778                         max_fixed_len,
779                         n,
780                     ),
781                     _ => {},
782                 }
783             }
784             PatternKind::Slice { ref prefix, slice: None, ref suffix } => {
785                 let fixed_len = prefix.len() as u64 + suffix.len() as u64;
786                 max_fixed_len = cmp::max(max_fixed_len, fixed_len);
787             }
788             PatternKind::Slice { ref prefix, slice: Some(_), ref suffix } => {
789                 max_prefix_len = cmp::max(max_prefix_len, prefix.len() as u64);
790                 max_suffix_len = cmp::max(max_suffix_len, suffix.len() as u64);
791             }
792             _ => {}
793         }
794     }
795
796     cmp::max(max_fixed_len + 1, max_prefix_len + max_suffix_len)
797 }
798
799 /// An inclusive interval, used for precise integer exhaustiveness checking.
800 /// `IntRange`s always store a contiguous range. This means that values are
801 /// encoded such that `0` encodes the minimum value for the integer,
802 /// regardless of the signedness.
803 /// For example, the pattern `-128...127i8` is encoded as `0..=255`.
804 /// This makes comparisons and arithmetic on interval endpoints much more
805 /// straightforward. See `signed_bias` for details.
806 ///
807 /// `IntRange` is never used to encode an empty range or a "range" that wraps
808 /// around the (offset) space: i.e., `range.lo <= range.hi`.
809 #[derive(Clone)]
810 struct IntRange<'tcx> {
811     pub range: RangeInclusive<u128>,
812     pub ty: Ty<'tcx>,
813 }
814
815 impl<'tcx> IntRange<'tcx> {
816     fn from_ctor(tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>,
817                  ctor: &Constructor<'tcx>)
818                  -> Option<IntRange<'tcx>> {
819         // Floating-point ranges are permitted and we don't want
820         // to consider them when constructing integer ranges.
821         fn is_integral<'tcx>(ty: Ty<'tcx>) -> bool {
822             match ty.sty {
823                 ty::Char | ty::Int(_) | ty::Uint(_) => true,
824                 _ => false,
825             }
826         }
827
828         match ctor {
829             ConstantRange(lo, hi, ty, end) if is_integral(ty) => {
830                 // Perform a shift if the underlying types are signed,
831                 // which makes the interval arithmetic simpler.
832                 let bias = IntRange::signed_bias(tcx, ty);
833                 let (lo, hi) = (lo ^ bias, hi ^ bias);
834                 // Make sure the interval is well-formed.
835                 if lo > hi || lo == hi && *end == RangeEnd::Excluded {
836                     None
837                 } else {
838                     let offset = (*end == RangeEnd::Excluded) as u128;
839                     Some(IntRange { range: lo..=(hi - offset), ty })
840                 }
841             }
842             ConstantValue(val) if is_integral(val.ty) => {
843                 let ty = val.ty;
844                 if let Some(val) = val.assert_bits(tcx, ty::ParamEnv::empty().and(ty)) {
845                     let bias = IntRange::signed_bias(tcx, ty);
846                     let val = val ^ bias;
847                     Some(IntRange { range: val..=val, ty })
848                 } else {
849                     None
850                 }
851             }
852             _ => None,
853         }
854     }
855
856     fn from_pat(tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>,
857                 mut pat: &Pattern<'tcx>)
858                 -> Option<IntRange<'tcx>> {
859         let range = loop {
860             match pat.kind {
861                 box PatternKind::Constant { value } => break ConstantValue(value),
862                 box PatternKind::Range(PatternRange { lo, hi, ty, end }) => break ConstantRange(
863                     lo.to_bits(tcx, ty::ParamEnv::empty().and(ty)).unwrap(),
864                     hi.to_bits(tcx, ty::ParamEnv::empty().and(ty)).unwrap(),
865                     ty,
866                     end,
867                 ),
868                 box PatternKind::AscribeUserType { ref subpattern, .. } => {
869                     pat = subpattern;
870                 },
871                 _ => return None,
872             }
873         };
874         Self::from_ctor(tcx, &range)
875     }
876
877     // The return value of `signed_bias` should be XORed with an endpoint to encode/decode it.
878     fn signed_bias(tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> u128 {
879         match ty.sty {
880             ty::Int(ity) => {
881                 let bits = Integer::from_attr(&tcx, SignedInt(ity)).size().bits() as u128;
882                 1u128 << (bits - 1)
883             }
884             _ => 0
885         }
886     }
887
888     /// Converts a `RangeInclusive` to a `ConstantValue` or inclusive `ConstantRange`.
889     fn range_to_ctor(
890         tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>,
891         ty: Ty<'tcx>,
892         r: RangeInclusive<u128>,
893     ) -> Constructor<'tcx> {
894         let bias = IntRange::signed_bias(tcx, ty);
895         let (lo, hi) = r.into_inner();
896         if lo == hi {
897             let ty = ty::ParamEnv::empty().and(ty);
898             ConstantValue(ty::Const::from_bits(tcx, lo ^ bias, ty))
899         } else {
900             ConstantRange(lo ^ bias, hi ^ bias, ty, RangeEnd::Included)
901         }
902     }
903
904     /// Returns a collection of ranges that spans the values covered by `ranges`, subtracted
905     /// by the values covered by `self`: i.e., `ranges \ self` (in set notation).
906     fn subtract_from(self,
907                      tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>,
908                      ranges: Vec<Constructor<'tcx>>)
909                      -> Vec<Constructor<'tcx>> {
910         let ranges = ranges.into_iter().filter_map(|r| {
911             IntRange::from_ctor(tcx, &r).map(|i| i.range)
912         });
913         let mut remaining_ranges = vec![];
914         let ty = self.ty;
915         let (lo, hi) = self.range.into_inner();
916         for subrange in ranges {
917             let (subrange_lo, subrange_hi) = subrange.into_inner();
918             if lo > subrange_hi || subrange_lo > hi  {
919                 // The pattern doesn't intersect with the subrange at all,
920                 // so the subrange remains untouched.
921                 remaining_ranges.push(Self::range_to_ctor(tcx, ty, subrange_lo..=subrange_hi));
922             } else {
923                 if lo > subrange_lo {
924                     // The pattern intersects an upper section of the
925                     // subrange, so a lower section will remain.
926                     remaining_ranges.push(Self::range_to_ctor(tcx, ty, subrange_lo..=(lo - 1)));
927                 }
928                 if hi < subrange_hi {
929                     // The pattern intersects a lower section of the
930                     // subrange, so an upper section will remain.
931                     remaining_ranges.push(Self::range_to_ctor(tcx, ty, (hi + 1)..=subrange_hi));
932                 }
933             }
934         }
935         remaining_ranges
936     }
937
938     fn intersection(&self, other: &Self) -> Option<Self> {
939         let ty = self.ty;
940         let (lo, hi) = (*self.range.start(), *self.range.end());
941         let (other_lo, other_hi) = (*other.range.start(), *other.range.end());
942         if lo <= other_hi && other_lo <= hi {
943             Some(IntRange { range: max(lo, other_lo)..=min(hi, other_hi), ty })
944         } else {
945             None
946         }
947     }
948 }
949
950 // A request for missing constructor data in terms of either:
951 // - whether or not there any missing constructors; or
952 // - the actual set of missing constructors.
953 #[derive(PartialEq)]
954 enum MissingCtorsInfo {
955     Emptiness,
956     Ctors,
957 }
958
959 // Used by `compute_missing_ctors`.
960 #[derive(Debug, PartialEq)]
961 enum MissingCtors<'tcx> {
962     Empty,
963     NonEmpty,
964
965     // Note that the Vec can be empty.
966     Ctors(Vec<Constructor<'tcx>>),
967 }
968
969 // When `info` is `MissingCtorsInfo::Ctors`, compute a set of constructors
970 // equivalent to `all_ctors \ used_ctors`. When `info` is
971 // `MissingCtorsInfo::Emptiness`, just determines if that set is empty or not.
972 // (The split logic gives a performance win, because we always need to know if
973 // the set is empty, but we rarely need the full set, and it can be expensive
974 // to compute the full set.)
975 fn compute_missing_ctors<'a, 'tcx: 'a>(
976     info: MissingCtorsInfo,
977     tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
978     all_ctors: &Vec<Constructor<'tcx>>,
979     used_ctors: &Vec<Constructor<'tcx>>,
980 ) -> MissingCtors<'tcx> {
981     let mut missing_ctors = vec![];
982
983     for req_ctor in all_ctors {
984         let mut refined_ctors = vec![req_ctor.clone()];
985         for used_ctor in used_ctors {
986             if used_ctor == req_ctor {
987                 // If a constructor appears in a `match` arm, we can
988                 // eliminate it straight away.
989                 refined_ctors = vec![]
990             } else if let Some(interval) = IntRange::from_ctor(tcx, used_ctor) {
991                 // Refine the required constructors for the type by subtracting
992                 // the range defined by the current constructor pattern.
993                 refined_ctors = interval.subtract_from(tcx, refined_ctors);
994             }
995
996             // If the constructor patterns that have been considered so far
997             // already cover the entire range of values, then we the
998             // constructor is not missing, and we can move on to the next one.
999             if refined_ctors.is_empty() {
1000                 break;
1001             }
1002         }
1003         // If a constructor has not been matched, then it is missing.
1004         // We add `refined_ctors` instead of `req_ctor`, because then we can
1005         // provide more detailed error information about precisely which
1006         // ranges have been omitted.
1007         if info == MissingCtorsInfo::Emptiness {
1008             if !refined_ctors.is_empty() {
1009                 // The set is non-empty; return early.
1010                 return MissingCtors::NonEmpty;
1011             }
1012         } else {
1013             missing_ctors.extend(refined_ctors);
1014         }
1015     }
1016
1017     if info == MissingCtorsInfo::Emptiness {
1018         // If we reached here, the set is empty.
1019         MissingCtors::Empty
1020     } else {
1021         MissingCtors::Ctors(missing_ctors)
1022     }
1023 }
1024
1025 /// Algorithm from http://moscova.inria.fr/~maranget/papers/warn/index.html.
1026 /// The algorithm from the paper has been modified to correctly handle empty
1027 /// types. The changes are:
1028 ///   (0) We don't exit early if the pattern matrix has zero rows. We just
1029 ///       continue to recurse over columns.
1030 ///   (1) all_constructors will only return constructors that are statically
1031 ///       possible. E.g., it will only return `Ok` for `Result<T, !>`.
1032 ///
1033 /// This finds whether a (row) vector `v` of patterns is 'useful' in relation
1034 /// to a set of such vectors `m` - this is defined as there being a set of
1035 /// inputs that will match `v` but not any of the sets in `m`.
1036 ///
1037 /// All the patterns at each column of the `matrix ++ v` matrix must
1038 /// have the same type, except that wildcard (PatternKind::Wild) patterns
1039 /// with type `TyErr` are also allowed, even if the "type of the column"
1040 /// is not `TyErr`. That is used to represent private fields, as using their
1041 /// real type would assert that they are inhabited.
1042 ///
1043 /// This is used both for reachability checking (if a pattern isn't useful in
1044 /// relation to preceding patterns, it is not reachable) and exhaustiveness
1045 /// checking (if a wildcard pattern is useful in relation to a matrix, the
1046 /// matrix isn't exhaustive).
1047 pub fn is_useful<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a>(cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1048                                        matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
1049                                        v: &[&Pattern<'tcx>],
1050                                        witness: WitnessPreference)
1051                                        -> Usefulness<'tcx> {
1052     let &Matrix(ref rows) = matrix;
1053     debug!("is_useful({:#?}, {:#?})", matrix, v);
1054
1055     // The base case. We are pattern-matching on () and the return value is
1056     // based on whether our matrix has a row or not.
1057     // NOTE: This could potentially be optimized by checking rows.is_empty()
1058     // first and then, if v is non-empty, the return value is based on whether
1059     // the type of the tuple we're checking is inhabited or not.
1060     if v.is_empty() {
1061         return if rows.is_empty() {
1062             match witness {
1063                 ConstructWitness => UsefulWithWitness(vec![Witness(vec![])]),
1064                 LeaveOutWitness => Useful,
1065             }
1066         } else {
1067             NotUseful
1068         }
1069     };
1070
1071     assert!(rows.iter().all(|r| r.len() == v.len()));
1072
1073     let pcx = PatternContext {
1074         // TyErr is used to represent the type of wildcard patterns matching
1075         // against inaccessible (private) fields of structs, so that we won't
1076         // be able to observe whether the types of the struct's fields are
1077         // inhabited.
1078         //
1079         // If the field is truly inaccessible, then all the patterns
1080         // matching against it must be wildcard patterns, so its type
1081         // does not matter.
1082         //
1083         // However, if we are matching against non-wildcard patterns, we
1084         // need to know the real type of the field so we can specialize
1085         // against it. This primarily occurs through constants - they
1086         // can include contents for fields that are inaccessible at the
1087         // location of the match. In that case, the field's type is
1088         // inhabited - by the constant - so we can just use it.
1089         //
1090         // FIXME: this might lead to "unstable" behavior with macro hygiene
1091         // introducing uninhabited patterns for inaccessible fields. We
1092         // need to figure out how to model that.
1093         ty: rows.iter().map(|r| r[0].ty).find(|ty| !ty.references_error()).unwrap_or(v[0].ty),
1094         max_slice_length: max_slice_length(cx, rows.iter().map(|r| r[0]).chain(Some(v[0])))
1095     };
1096
1097     debug!("is_useful_expand_first_col: pcx={:#?}, expanding {:#?}", pcx, v[0]);
1098
1099     if let Some(constructors) = pat_constructors(cx, v[0], pcx) {
1100         debug!("is_useful - expanding constructors: {:#?}", constructors);
1101         split_grouped_constructors(cx.tcx, constructors, matrix, pcx.ty).into_iter().map(|c|
1102             is_useful_specialized(cx, matrix, v, c, pcx.ty, witness)
1103         ).find(|result| result.is_useful()).unwrap_or(NotUseful)
1104     } else {
1105         debug!("is_useful - expanding wildcard");
1106
1107         let used_ctors: Vec<Constructor<'_>> = rows.iter().flat_map(|row| {
1108             pat_constructors(cx, row[0], pcx).unwrap_or(vec![])
1109         }).collect();
1110         debug!("used_ctors = {:#?}", used_ctors);
1111         // `all_ctors` are all the constructors for the given type, which
1112         // should all be represented (or caught with the wild pattern `_`).
1113         let all_ctors = all_constructors(cx, pcx);
1114         debug!("all_ctors = {:#?}", all_ctors);
1115
1116         // `missing_ctors` is the set of constructors from the same type as the
1117         // first column of `matrix` that are matched only by wildcard patterns
1118         // from the first column.
1119         //
1120         // Therefore, if there is some pattern that is unmatched by `matrix`,
1121         // it will still be unmatched if the first constructor is replaced by
1122         // any of the constructors in `missing_ctors`
1123         //
1124         // However, if our scrutinee is *privately* an empty enum, we
1125         // must treat it as though it had an "unknown" constructor (in
1126         // that case, all other patterns obviously can't be variants)
1127         // to avoid exposing its emptyness. See the `match_privately_empty`
1128         // test for details.
1129         //
1130         // FIXME: currently the only way I know of something can
1131         // be a privately-empty enum is when the exhaustive_patterns
1132         // feature flag is not present, so this is only
1133         // needed for that case.
1134
1135         // Missing constructors are those that are not matched by any
1136         // non-wildcard patterns in the current column. We always determine if
1137         // the set is empty, but we only fully construct them on-demand,
1138         // because they're rarely used and can be big.
1139         let cheap_missing_ctors =
1140             compute_missing_ctors(MissingCtorsInfo::Emptiness, cx.tcx, &all_ctors, &used_ctors);
1141
1142         let is_privately_empty = all_ctors.is_empty() && !cx.is_uninhabited(pcx.ty);
1143         let is_declared_nonexhaustive = cx.is_non_exhaustive_enum(pcx.ty) && !cx.is_local(pcx.ty);
1144         debug!("cheap_missing_ctors={:#?} is_privately_empty={:#?} is_declared_nonexhaustive={:#?}",
1145                cheap_missing_ctors, is_privately_empty, is_declared_nonexhaustive);
1146
1147         // For privately empty and non-exhaustive enums, we work as if there were an "extra"
1148         // `_` constructor for the type, so we can never match over all constructors.
1149         let is_non_exhaustive = is_privately_empty || is_declared_nonexhaustive ||
1150             (pcx.ty.is_pointer_sized() && !cx.tcx.features().precise_pointer_size_matching);
1151
1152         if cheap_missing_ctors == MissingCtors::Empty && !is_non_exhaustive {
1153             split_grouped_constructors(cx.tcx, all_ctors, matrix, pcx.ty).into_iter().map(|c| {
1154                 is_useful_specialized(cx, matrix, v, c, pcx.ty, witness)
1155             }).find(|result| result.is_useful()).unwrap_or(NotUseful)
1156         } else {
1157             let matrix = rows.iter().filter_map(|r| {
1158                 if r[0].is_wildcard() {
1159                     Some(SmallVec::from_slice(&r[1..]))
1160                 } else {
1161                     None
1162                 }
1163             }).collect();
1164             match is_useful(cx, &matrix, &v[1..], witness) {
1165                 UsefulWithWitness(pats) => {
1166                     let cx = &*cx;
1167                     // In this case, there's at least one "free"
1168                     // constructor that is only matched against by
1169                     // wildcard patterns.
1170                     //
1171                     // There are 2 ways we can report a witness here.
1172                     // Commonly, we can report all the "free"
1173                     // constructors as witnesses, e.g., if we have:
1174                     //
1175                     // ```
1176                     //     enum Direction { N, S, E, W }
1177                     //     let Direction::N = ...;
1178                     // ```
1179                     //
1180                     // we can report 3 witnesses: `S`, `E`, and `W`.
1181                     //
1182                     // However, there are 2 cases where we don't want
1183                     // to do this and instead report a single `_` witness:
1184                     //
1185                     // 1) If the user is matching against a non-exhaustive
1186                     // enum, there is no point in enumerating all possible
1187                     // variants, because the user can't actually match
1188                     // against them himself, e.g., in an example like:
1189                     // ```
1190                     //     let err: io::ErrorKind = ...;
1191                     //     match err {
1192                     //         io::ErrorKind::NotFound => {},
1193                     //     }
1194                     // ```
1195                     // we don't want to show every possible IO error,
1196                     // but instead have `_` as the witness (this is
1197                     // actually *required* if the user specified *all*
1198                     // IO errors, but is probably what we want in every
1199                     // case).
1200                     //
1201                     // 2) If the user didn't actually specify a constructor
1202                     // in this arm, e.g., in
1203                     // ```
1204                     //     let x: (Direction, Direction, bool) = ...;
1205                     //     let (_, _, false) = x;
1206                     // ```
1207                     // we don't want to show all 16 possible witnesses
1208                     // `(<direction-1>, <direction-2>, true)` - we are
1209                     // satisfied with `(_, _, true)`. In this case,
1210                     // `used_ctors` is empty.
1211                     let new_witnesses = if is_non_exhaustive || used_ctors.is_empty() {
1212                         // All constructors are unused. Add wild patterns
1213                         // rather than each individual constructor.
1214                         pats.into_iter().map(|mut witness| {
1215                             witness.0.push(Pattern {
1216                                 ty: pcx.ty,
1217                                 span: DUMMY_SP,
1218                                 kind: box PatternKind::Wild,
1219                             });
1220                             witness
1221                         }).collect()
1222                     } else {
1223                         let expensive_missing_ctors =
1224                             compute_missing_ctors(MissingCtorsInfo::Ctors, cx.tcx, &all_ctors,
1225                                                   &used_ctors);
1226                         if let MissingCtors::Ctors(missing_ctors) = expensive_missing_ctors {
1227                             pats.into_iter().flat_map(|witness| {
1228                                 missing_ctors.iter().map(move |ctor| {
1229                                     // Extends the witness with a "wild" version of this
1230                                     // constructor, that matches everything that can be built with
1231                                     // it. For example, if `ctor` is a `Constructor::Variant` for
1232                                     // `Option::Some`, this pushes the witness for `Some(_)`.
1233                                     witness.clone().push_wild_constructor(cx, ctor, pcx.ty)
1234                                 })
1235                             }).collect()
1236                         } else {
1237                             bug!("cheap missing ctors")
1238                         }
1239                     };
1240                     UsefulWithWitness(new_witnesses)
1241                 }
1242                 result => result
1243             }
1244         }
1245     }
1246 }
1247
1248 /// A shorthand for the `U(S(c, P), S(c, q))` operation from the paper. I.e., `is_useful` applied
1249 /// to the specialised version of both the pattern matrix `P` and the new pattern `q`.
1250 fn is_useful_specialized<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a>(
1251     cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1252     &Matrix(ref m): &Matrix<'p, 'tcx>,
1253     v: &[&Pattern<'tcx>],
1254     ctor: Constructor<'tcx>,
1255     lty: Ty<'tcx>,
1256     witness: WitnessPreference,
1257 ) -> Usefulness<'tcx> {
1258     debug!("is_useful_specialized({:#?}, {:#?}, {:?})", v, ctor, lty);
1259     let sub_pat_tys = constructor_sub_pattern_tys(cx, &ctor, lty);
1260     let wild_patterns_owned: Vec<_> = sub_pat_tys.iter().map(|ty| {
1261         Pattern {
1262             ty,
1263             span: DUMMY_SP,
1264             kind: box PatternKind::Wild,
1265         }
1266     }).collect();
1267     let wild_patterns: Vec<_> = wild_patterns_owned.iter().collect();
1268     let matrix = Matrix(m.iter().flat_map(|r| {
1269         specialize(cx, &r, &ctor, &wild_patterns)
1270     }).collect());
1271     match specialize(cx, v, &ctor, &wild_patterns) {
1272         Some(v) => match is_useful(cx, &matrix, &v, witness) {
1273             UsefulWithWitness(witnesses) => UsefulWithWitness(
1274                 witnesses.into_iter()
1275                     .map(|witness| witness.apply_constructor(cx, &ctor, lty))
1276                     .collect()
1277             ),
1278             result => result
1279         }
1280         None => NotUseful
1281     }
1282 }
1283
1284 /// Determines the constructors that the given pattern can be specialized to.
1285 ///
1286 /// In most cases, there's only one constructor that a specific pattern
1287 /// represents, such as a specific enum variant or a specific literal value.
1288 /// Slice patterns, however, can match slices of different lengths. For instance,
1289 /// `[a, b, ..tail]` can match a slice of length 2, 3, 4 and so on.
1290 ///
1291 /// Returns `None` in case of a catch-all, which can't be specialized.
1292 fn pat_constructors<'tcx>(cx: &mut MatchCheckCtxt<'_, 'tcx>,
1293                           pat: &Pattern<'tcx>,
1294                           pcx: PatternContext<'_>)
1295                           -> Option<Vec<Constructor<'tcx>>>
1296 {
1297     match *pat.kind {
1298         PatternKind::AscribeUserType { ref subpattern, .. } =>
1299             pat_constructors(cx, subpattern, pcx),
1300         PatternKind::Binding { .. } | PatternKind::Wild => None,
1301         PatternKind::Leaf { .. } | PatternKind::Deref { .. } => Some(vec![Single]),
1302         PatternKind::Variant { adt_def, variant_index, .. } => {
1303             Some(vec![Variant(adt_def.variants[variant_index].def_id)])
1304         }
1305         PatternKind::Constant { value } => Some(vec![ConstantValue(value)]),
1306         PatternKind::Range(PatternRange { lo, hi, ty, end }) =>
1307             Some(vec![ConstantRange(
1308                 lo.to_bits(cx.tcx, ty::ParamEnv::empty().and(ty)).unwrap(),
1309                 hi.to_bits(cx.tcx, ty::ParamEnv::empty().and(ty)).unwrap(),
1310                 ty,
1311                 end,
1312             )]),
1313         PatternKind::Array { .. } => match pcx.ty.sty {
1314             ty::Array(_, length) => Some(vec![
1315                 Slice(length.unwrap_usize(cx.tcx))
1316             ]),
1317             _ => span_bug!(pat.span, "bad ty {:?} for array pattern", pcx.ty)
1318         },
1319         PatternKind::Slice { ref prefix, ref slice, ref suffix } => {
1320             let pat_len = prefix.len() as u64 + suffix.len() as u64;
1321             if slice.is_some() {
1322                 Some((pat_len..pcx.max_slice_length+1).map(Slice).collect())
1323             } else {
1324                 Some(vec![Slice(pat_len)])
1325             }
1326         }
1327     }
1328 }
1329
1330 /// This computes the arity of a constructor. The arity of a constructor
1331 /// is how many subpattern patterns of that constructor should be expanded to.
1332 ///
1333 /// For instance, a tuple pattern `(_, 42, Some([]))` has the arity of 3.
1334 /// A struct pattern's arity is the number of fields it contains, etc.
1335 fn constructor_arity(cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>, ctor: &Constructor<'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> u64 {
1336     debug!("constructor_arity({:#?}, {:?})", ctor, ty);
1337     match ty.sty {
1338         ty::Tuple(ref fs) => fs.len() as u64,
1339         ty::Slice(..) | ty::Array(..) => match *ctor {
1340             Slice(length) => length,
1341             ConstantValue(_) => 0,
1342             _ => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", ctor, ty)
1343         }
1344         ty::Ref(..) => 1,
1345         ty::Adt(adt, _) => {
1346             adt.variants[ctor.variant_index_for_adt(cx, adt)].fields.len() as u64
1347         }
1348         _ => 0
1349     }
1350 }
1351
1352 /// This computes the types of the sub patterns that a constructor should be
1353 /// expanded to.
1354 ///
1355 /// For instance, a tuple pattern (43u32, 'a') has sub pattern types [u32, char].
1356 fn constructor_sub_pattern_tys<'a, 'tcx: 'a>(cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1357                                              ctor: &Constructor<'tcx>,
1358                                              ty: Ty<'tcx>) -> Vec<Ty<'tcx>>
1359 {
1360     debug!("constructor_sub_pattern_tys({:#?}, {:?})", ctor, ty);
1361     match ty.sty {
1362         ty::Tuple(ref fs) => fs.into_iter().map(|t| *t).collect(),
1363         ty::Slice(ty) | ty::Array(ty, _) => match *ctor {
1364             Slice(length) => (0..length).map(|_| ty).collect(),
1365             ConstantValue(_) => vec![],
1366             _ => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", ctor, ty)
1367         }
1368         ty::Ref(_, rty, _) => vec![rty],
1369         ty::Adt(adt, substs) => {
1370             if adt.is_box() {
1371                 // Use T as the sub pattern type of Box<T>.
1372                 vec![substs.type_at(0)]
1373             } else {
1374                 adt.variants[ctor.variant_index_for_adt(cx, adt)].fields.iter().map(|field| {
1375                     let is_visible = adt.is_enum()
1376                         || field.vis.is_accessible_from(cx.module, cx.tcx);
1377                     if is_visible {
1378                         let ty = field.ty(cx.tcx, substs);
1379                         match ty.sty {
1380                             // If the field type returned is an array of an unknown
1381                             // size return an TyErr.
1382                             ty::Array(_, len) if len.assert_usize(cx.tcx).is_none() =>
1383                                 cx.tcx.types.err,
1384                             _ => ty,
1385                         }
1386                     } else {
1387                         // Treat all non-visible fields as TyErr. They
1388                         // can't appear in any other pattern from
1389                         // this match (because they are private),
1390                         // so their type does not matter - but
1391                         // we don't want to know they are
1392                         // uninhabited.
1393                         cx.tcx.types.err
1394                     }
1395                 }).collect()
1396             }
1397         }
1398         _ => vec![],
1399     }
1400 }
1401
1402 // checks whether a constant is equal to a user-written slice pattern. Only supports byte slices,
1403 // meaning all other types will compare unequal and thus equal patterns often do not cause the
1404 // second pattern to lint about unreachable match arms.
1405 fn slice_pat_covered_by_const<'tcx>(
1406     tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, '_>,
1407     _span: Span,
1408     const_val: ty::Const<'tcx>,
1409     prefix: &[Pattern<'tcx>],
1410     slice: &Option<Pattern<'tcx>>,
1411     suffix: &[Pattern<'tcx>]
1412 ) -> Result<bool, ErrorReported> {
1413     let data: &[u8] = match (const_val.val, &const_val.ty.sty) {
1414         (ConstValue::ByRef(ptr, alloc), ty::Array(t, n)) => {
1415             if *t != tcx.types.u8 {
1416                 // FIXME(oli-obk): can't mix const patterns with slice patterns and get
1417                 // any sort of exhaustiveness/unreachable check yet
1418                 // This solely means that we don't lint about unreachable patterns, even if some
1419                 // are definitely unreachable.
1420                 return Ok(false);
1421             }
1422             let n = n.assert_usize(tcx).unwrap();
1423             alloc.get_bytes(&tcx, ptr, Size::from_bytes(n)).unwrap()
1424         },
1425         // a slice fat pointer to a zero length slice
1426         (ConstValue::Slice(Scalar::Bits { .. }, 0), ty::Slice(t)) => {
1427             if *t != tcx.types.u8 {
1428                 // FIXME(oli-obk): can't mix const patterns with slice patterns and get
1429                 // any sort of exhaustiveness/unreachable check yet
1430                 // This solely means that we don't lint about unreachable patterns, even if some
1431                 // are definitely unreachable.
1432                 return Ok(false);
1433             }
1434             &[]
1435         },
1436         //
1437         (ConstValue::Slice(Scalar::Ptr(ptr), n), ty::Slice(t)) => {
1438             if *t != tcx.types.u8 {
1439                 // FIXME(oli-obk): can't mix const patterns with slice patterns and get
1440                 // any sort of exhaustiveness/unreachable check yet
1441                 // This solely means that we don't lint about unreachable patterns, even if some
1442                 // are definitely unreachable.
1443                 return Ok(false);
1444             }
1445             tcx.alloc_map
1446                 .lock()
1447                 .unwrap_memory(ptr.alloc_id)
1448                 .get_bytes(&tcx, ptr, Size::from_bytes(n))
1449                 .unwrap()
1450         },
1451         _ => bug!(
1452             "slice_pat_covered_by_const: {:#?}, {:#?}, {:#?}, {:#?}",
1453             const_val, prefix, slice, suffix,
1454         ),
1455     };
1456
1457     let pat_len = prefix.len() + suffix.len();
1458     if data.len() < pat_len || (slice.is_none() && data.len() > pat_len) {
1459         return Ok(false);
1460     }
1461
1462     for (ch, pat) in
1463         data[..prefix.len()].iter().zip(prefix).chain(
1464             data[data.len()-suffix.len()..].iter().zip(suffix))
1465     {
1466         match pat.kind {
1467             box PatternKind::Constant { value } => {
1468                 let b = value.unwrap_bits(tcx, ty::ParamEnv::empty().and(pat.ty));
1469                 assert_eq!(b as u8 as u128, b);
1470                 if b as u8 != *ch {
1471                     return Ok(false);
1472                 }
1473             }
1474             _ => {}
1475         }
1476     }
1477
1478     Ok(true)
1479 }
1480
1481 // Whether to evaluate a constructor using exhaustive integer matching. This is true if the
1482 // constructor is a range or constant with an integer type.
1483 fn should_treat_range_exhaustively(tcx: TyCtxt<'_, 'tcx, 'tcx>, ctor: &Constructor<'tcx>) -> bool {
1484     let ty = match ctor {
1485         ConstantValue(value) => value.ty,
1486         ConstantRange(_, _, ty, _) => ty,
1487         _ => return false,
1488     };
1489     if let ty::Char | ty::Int(_) | ty::Uint(_) = ty.sty {
1490         !ty.is_pointer_sized() || tcx.features().precise_pointer_size_matching
1491     } else {
1492         false
1493     }
1494 }
1495
1496 /// For exhaustive integer matching, some constructors are grouped within other constructors
1497 /// (namely integer typed values are grouped within ranges). However, when specialising these
1498 /// constructors, we want to be specialising for the underlying constructors (the integers), not
1499 /// the groups (the ranges). Thus we need to split the groups up. Splitting them up naïvely would
1500 /// mean creating a separate constructor for every single value in the range, which is clearly
1501 /// impractical. However, observe that for some ranges of integers, the specialisation will be
1502 /// identical across all values in that range (i.e., there are equivalence classes of ranges of
1503 /// constructors based on their `is_useful_specialized` outcome). These classes are grouped by
1504 /// the patterns that apply to them (in the matrix `P`). We can split the range whenever the
1505 /// patterns that apply to that range (specifically: the patterns that *intersect* with that range)
1506 /// change.
1507 /// Our solution, therefore, is to split the range constructor into subranges at every single point
1508 /// the group of intersecting patterns changes (using the method described below).
1509 /// And voilà! We're testing precisely those ranges that we need to, without any exhaustive matching
1510 /// on actual integers. The nice thing about this is that the number of subranges is linear in the
1511 /// number of rows in the matrix (i.e., the number of cases in the `match` statement), so we don't
1512 /// need to be worried about matching over gargantuan ranges.
1513 ///
1514 /// Essentially, given the first column of a matrix representing ranges, looking like the following:
1515 ///
1516 /// |------|  |----------| |-------|    ||
1517 ///    |-------| |-------|            |----| ||
1518 ///       |---------|
1519 ///
1520 /// We split the ranges up into equivalence classes so the ranges are no longer overlapping:
1521 ///
1522 /// |--|--|||-||||--||---|||-------|  |-|||| ||
1523 ///
1524 /// The logic for determining how to split the ranges is fairly straightforward: we calculate
1525 /// boundaries for each interval range, sort them, then create constructors for each new interval
1526 /// between every pair of boundary points. (This essentially sums up to performing the intuitive
1527 /// merging operation depicted above.)
1528 fn split_grouped_constructors<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a>(
1529     tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
1530     ctors: Vec<Constructor<'tcx>>,
1531     &Matrix(ref m): &Matrix<'p, 'tcx>,
1532     ty: Ty<'tcx>,
1533 ) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
1534     let mut split_ctors = Vec::with_capacity(ctors.len());
1535
1536     for ctor in ctors.into_iter() {
1537         match ctor {
1538             // For now, only ranges may denote groups of "subconstructors", so we only need to
1539             // special-case constant ranges.
1540             ConstantRange(..) if should_treat_range_exhaustively(tcx, &ctor) => {
1541                 // We only care about finding all the subranges within the range of the constructor
1542                 // range. Anything else is irrelevant, because it is guaranteed to result in
1543                 // `NotUseful`, which is the default case anyway, and can be ignored.
1544                 let ctor_range = IntRange::from_ctor(tcx, &ctor).unwrap();
1545
1546                 /// Represents a border between 2 integers. Because the intervals spanning borders
1547                 /// must be able to cover every integer, we need to be able to represent
1548                 /// 2^128 + 1 such borders.
1549                 #[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord)]
1550                 enum Border {
1551                     JustBefore(u128),
1552                     AfterMax,
1553                 }
1554
1555                 // A function for extracting the borders of an integer interval.
1556                 fn range_borders(r: IntRange<'_>) -> impl Iterator<Item = Border> {
1557                     let (lo, hi) = r.range.into_inner();
1558                     let from = Border::JustBefore(lo);
1559                     let to = match hi.checked_add(1) {
1560                         Some(m) => Border::JustBefore(m),
1561                         None => Border::AfterMax,
1562                     };
1563                     vec![from, to].into_iter()
1564                 }
1565
1566                 // `borders` is the set of borders between equivalence classes: each equivalence
1567                 // class lies between 2 borders.
1568                 let row_borders = m.iter()
1569                     .flat_map(|row| IntRange::from_pat(tcx, row[0]))
1570                     .flat_map(|range| ctor_range.intersection(&range))
1571                     .flat_map(|range| range_borders(range));
1572                 let ctor_borders = range_borders(ctor_range.clone());
1573                 let mut borders: Vec<_> = row_borders.chain(ctor_borders).collect();
1574                 borders.sort_unstable();
1575
1576                 // We're going to iterate through every pair of borders, making sure that each
1577                 // represents an interval of nonnegative length, and convert each such interval
1578                 // into a constructor.
1579                 for IntRange { range, .. } in borders.windows(2).filter_map(|window| {
1580                     match (window[0], window[1]) {
1581                         (Border::JustBefore(n), Border::JustBefore(m)) => {
1582                             if n < m {
1583                                 Some(IntRange { range: n..=(m - 1), ty })
1584                             } else {
1585                                 None
1586                             }
1587                         }
1588                         (Border::JustBefore(n), Border::AfterMax) => {
1589                             Some(IntRange { range: n..=u128::MAX, ty })
1590                         }
1591                         (Border::AfterMax, _) => None,
1592                     }
1593                 }) {
1594                     split_ctors.push(IntRange::range_to_ctor(tcx, ty, range));
1595                 }
1596             }
1597             // Any other constructor can be used unchanged.
1598             _ => split_ctors.push(ctor),
1599         }
1600     }
1601
1602     split_ctors
1603 }
1604
1605 /// Checks whether there exists any shared value in either `ctor` or `pat` by intersecting them.
1606 fn constructor_intersects_pattern<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a>(
1607     tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
1608     ctor: &Constructor<'tcx>,
1609     pat: &'p Pattern<'tcx>,
1610 ) -> Option<SmallVec<[&'p Pattern<'tcx>; 2]>> {
1611     if should_treat_range_exhaustively(tcx, ctor) {
1612         match (IntRange::from_ctor(tcx, ctor), IntRange::from_pat(tcx, pat)) {
1613             (Some(ctor), Some(pat)) => {
1614                 ctor.intersection(&pat).map(|_| {
1615                     let (pat_lo, pat_hi) = pat.range.into_inner();
1616                     let (ctor_lo, ctor_hi) = ctor.range.into_inner();
1617                     assert!(pat_lo <= ctor_lo && ctor_hi <= pat_hi);
1618                     smallvec![]
1619                 })
1620             }
1621             _ => None,
1622         }
1623     } else {
1624         // Fallback for non-ranges and ranges that involve floating-point numbers, which are not
1625         // conveniently handled by `IntRange`. For these cases, the constructor may not be a range
1626         // so intersection actually devolves into being covered by the pattern.
1627         match constructor_covered_by_range(tcx, ctor, pat) {
1628             Ok(true) => Some(smallvec![]),
1629             Ok(false) | Err(ErrorReported) => None,
1630         }
1631     }
1632 }
1633
1634 fn constructor_covered_by_range<'a, 'tcx>(
1635     tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
1636     ctor: &Constructor<'tcx>,
1637     pat: &Pattern<'tcx>,
1638 ) -> Result<bool, ErrorReported> {
1639     let (from, to, end, ty) = match pat.kind {
1640         box PatternKind::Constant { value } => (value, value, RangeEnd::Included, value.ty),
1641         box PatternKind::Range(PatternRange { lo, hi, end, ty }) => (lo, hi, end, ty),
1642         _ => bug!("`constructor_covered_by_range` called with {:?}", pat),
1643     };
1644     trace!("constructor_covered_by_range {:#?}, {:#?}, {:#?}, {}", ctor, from, to, ty);
1645     let cmp_from = |c_from| compare_const_vals(tcx, c_from, from, ty::ParamEnv::empty().and(ty))
1646         .map(|res| res != Ordering::Less);
1647     let cmp_to = |c_to| compare_const_vals(tcx, c_to, to, ty::ParamEnv::empty().and(ty));
1648     macro_rules! some_or_ok {
1649         ($e:expr) => {
1650             match $e {
1651                 Some(to) => to,
1652                 None => return Ok(false), // not char or int
1653             }
1654         };
1655     }
1656     match *ctor {
1657         ConstantValue(value) => {
1658             let to = some_or_ok!(cmp_to(value));
1659             let end = (to == Ordering::Less) ||
1660                       (end == RangeEnd::Included && to == Ordering::Equal);
1661             Ok(some_or_ok!(cmp_from(value)) && end)
1662         },
1663         ConstantRange(from, to, ty, RangeEnd::Included) => {
1664             let to = some_or_ok!(cmp_to(ty::Const::from_bits(
1665                 tcx,
1666                 to,
1667                 ty::ParamEnv::empty().and(ty),
1668             )));
1669             let end = (to == Ordering::Less) ||
1670                       (end == RangeEnd::Included && to == Ordering::Equal);
1671             Ok(some_or_ok!(cmp_from(ty::Const::from_bits(
1672                 tcx,
1673                 from,
1674                 ty::ParamEnv::empty().and(ty),
1675             ))) && end)
1676         },
1677         ConstantRange(from, to, ty, RangeEnd::Excluded) => {
1678             let to = some_or_ok!(cmp_to(ty::Const::from_bits(
1679                 tcx,
1680                 to,
1681                 ty::ParamEnv::empty().and(ty)
1682             )));
1683             let end = (to == Ordering::Less) ||
1684                       (end == RangeEnd::Excluded && to == Ordering::Equal);
1685             Ok(some_or_ok!(cmp_from(ty::Const::from_bits(
1686                 tcx,
1687                 from,
1688                 ty::ParamEnv::empty().and(ty)))
1689             ) && end)
1690         }
1691         Single => Ok(true),
1692         _ => bug!(),
1693     }
1694 }
1695
1696 fn patterns_for_variant<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a>(
1697     subpatterns: &'p [FieldPattern<'tcx>],
1698     wild_patterns: &[&'p Pattern<'tcx>])
1699     -> SmallVec<[&'p Pattern<'tcx>; 2]>
1700 {
1701     let mut result = SmallVec::from_slice(wild_patterns);
1702
1703     for subpat in subpatterns {
1704         result[subpat.field.index()] = &subpat.pattern;
1705     }
1706
1707     debug!("patterns_for_variant({:#?}, {:#?}) = {:#?}", subpatterns, wild_patterns, result);
1708     result
1709 }
1710
1711 /// This is the main specialization step. It expands the first pattern in the given row
1712 /// into `arity` patterns based on the constructor. For most patterns, the step is trivial,
1713 /// for instance tuple patterns are flattened and box patterns expand into their inner pattern.
1714 ///
1715 /// OTOH, slice patterns with a subslice pattern (..tail) can be expanded into multiple
1716 /// different patterns.
1717 /// Structure patterns with a partial wild pattern (Foo { a: 42, .. }) have their missing
1718 /// fields filled with wild patterns.
1719 fn specialize<'p, 'a: 'p, 'tcx: 'a>(
1720     cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1721     r: &[&'p Pattern<'tcx>],
1722     constructor: &Constructor<'tcx>,
1723     wild_patterns: &[&'p Pattern<'tcx>],
1724 ) -> Option<SmallVec<[&'p Pattern<'tcx>; 2]>> {
1725     let pat = &r[0];
1726
1727     let head = match *pat.kind {
1728         PatternKind::AscribeUserType { ref subpattern, .. } => {
1729             specialize(cx, ::std::slice::from_ref(&subpattern), constructor, wild_patterns)
1730         }
1731
1732         PatternKind::Binding { .. } | PatternKind::Wild => {
1733             Some(SmallVec::from_slice(wild_patterns))
1734         }
1735
1736         PatternKind::Variant { adt_def, variant_index, ref subpatterns, .. } => {
1737             let ref variant = adt_def.variants[variant_index];
1738             Some(Variant(variant.def_id))
1739                 .filter(|variant_constructor| variant_constructor == constructor)
1740                 .map(|_| patterns_for_variant(subpatterns, wild_patterns))
1741         }
1742
1743         PatternKind::Leaf { ref subpatterns } => {
1744             Some(patterns_for_variant(subpatterns, wild_patterns))
1745         }
1746
1747         PatternKind::Deref { ref subpattern } => {
1748             Some(smallvec![subpattern])
1749         }
1750
1751         PatternKind::Constant { value } => {
1752             match *constructor {
1753                 Slice(..) => {
1754                     // we extract an `Option` for the pointer because slices of zero elements don't
1755                     // necessarily point to memory, they are usually just integers. The only time
1756                     // they should be pointing to memory is when they are subslices of nonzero
1757                     // slices
1758                     let (opt_ptr, n, ty) = match value.ty.sty {
1759                         ty::Array(t, n) => {
1760                             match value.val {
1761                                 ConstValue::ByRef(ptr, alloc) => (
1762                                     Some((ptr, alloc)),
1763                                     n.unwrap_usize(cx.tcx),
1764                                     t,
1765                                 ),
1766                                 _ => span_bug!(
1767                                     pat.span,
1768                                     "array pattern is {:?}", value,
1769                                 ),
1770                             }
1771                         },
1772                         ty::Slice(t) => {
1773                             match value.val {
1774                                 ConstValue::Slice(ptr, n) => (
1775                                     ptr.to_ptr().ok().map(|ptr| (
1776                                         ptr,
1777                                         cx.tcx.alloc_map.lock().unwrap_memory(ptr.alloc_id),
1778                                     )),
1779                                     n,
1780                                     t,
1781                                 ),
1782                                 _ => span_bug!(
1783                                     pat.span,
1784                                     "slice pattern constant must be scalar pair but is {:?}",
1785                                     value,
1786                                 ),
1787                             }
1788                         },
1789                         _ => span_bug!(
1790                             pat.span,
1791                             "unexpected const-val {:?} with ctor {:?}",
1792                             value,
1793                             constructor,
1794                         ),
1795                     };
1796                     if wild_patterns.len() as u64 == n {
1797                         // convert a constant slice/array pattern to a list of patterns.
1798                         match (n, opt_ptr) {
1799                             (0, _) => Some(SmallVec::new()),
1800                             (_, Some((ptr, alloc))) => {
1801                                 let layout = cx.tcx.layout_of(cx.param_env.and(ty)).ok()?;
1802                                 (0..n).map(|i| {
1803                                     let ptr = ptr.offset(layout.size * i, &cx.tcx).ok()?;
1804                                     let scalar = alloc.read_scalar(
1805                                         &cx.tcx, ptr, layout.size,
1806                                     ).ok()?;
1807                                     let scalar = scalar.not_undef().ok()?;
1808                                     let value = ty::Const::from_scalar(scalar, ty);
1809                                     let pattern = Pattern {
1810                                         ty,
1811                                         span: pat.span,
1812                                         kind: box PatternKind::Constant { value },
1813                                     };
1814                                     Some(&*cx.pattern_arena.alloc(pattern))
1815                                 }).collect()
1816                             },
1817                             (_, None) => span_bug!(
1818                                 pat.span,
1819                                 "non zero length slice with const-val {:?}",
1820                                 value,
1821                             ),
1822                         }
1823                     } else {
1824                         None
1825                     }
1826                 }
1827                 _ => {
1828                     // If the constructor is a:
1829                     //      Single value: add a row if the constructor equals the pattern.
1830                     //      Range: add a row if the constructor contains the pattern.
1831                     constructor_intersects_pattern(cx.tcx, constructor, pat)
1832                 }
1833             }
1834         }
1835
1836         PatternKind::Range { .. } => {
1837             // If the constructor is a:
1838             //      Single value: add a row if the pattern contains the constructor.
1839             //      Range: add a row if the constructor intersects the pattern.
1840             constructor_intersects_pattern(cx.tcx, constructor, pat)
1841         }
1842
1843         PatternKind::Array { ref prefix, ref slice, ref suffix } |
1844         PatternKind::Slice { ref prefix, ref slice, ref suffix } => {
1845             match *constructor {
1846                 Slice(..) => {
1847                     let pat_len = prefix.len() + suffix.len();
1848                     if let Some(slice_count) = wild_patterns.len().checked_sub(pat_len) {
1849                         if slice_count == 0 || slice.is_some() {
1850                             Some(prefix.iter().chain(
1851                                     wild_patterns.iter().map(|p| *p)
1852                                                  .skip(prefix.len())
1853                                                  .take(slice_count)
1854                                                  .chain(suffix.iter())
1855                             ).collect())
1856                         } else {
1857                             None
1858                         }
1859                     } else {
1860                         None
1861                     }
1862                 }
1863                 ConstantValue(cv) => {
1864                     match slice_pat_covered_by_const(cx.tcx, pat.span, cv, prefix, slice, suffix) {
1865                         Ok(true) => Some(smallvec![]),
1866                         Ok(false) => None,
1867                         Err(ErrorReported) => None
1868                     }
1869                 }
1870                 _ => span_bug!(pat.span,
1871                     "unexpected ctor {:?} for slice pat", constructor)
1872             }
1873         }
1874     };
1875     debug!("specialize({:#?}, {:#?}) = {:#?}", r[0], wild_patterns, head);
1876
1877     head.map(|mut head| {
1878         head.extend_from_slice(&r[1 ..]);
1879         head
1880     })
1881 }