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