]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc_mir_build/hair/pattern/_match.rs
check_match: unify some lowering code and fix some ICEs
[rust.git] / src / librustc_mir_build / hair / pattern / _match.rs
1 /// Note: most tests relevant to this file can be found (at the time of writing)
2 /// in src/tests/ui/pattern/usefulness.
3 ///
4 /// This file includes the logic for exhaustiveness and usefulness checking for
5 /// pattern-matching. Specifically, given a list of patterns for a type, we can
6 /// tell whether:
7 /// (a) the patterns cover every possible constructor for the type [exhaustiveness]
8 /// (b) each pattern is necessary [usefulness]
9 ///
10 /// The algorithm implemented here is a modified version of the one described in:
11 /// http://moscova.inria.fr/~maranget/papers/warn/index.html
12 /// However, to save future implementors from reading the original paper, we
13 /// summarise the algorithm here to hopefully save time and be a little clearer
14 /// (without being so rigorous).
15 ///
16 /// The core of the algorithm revolves about a "usefulness" check. In particular, we
17 /// are trying to compute a predicate `U(P, p)` where `P` is a list of patterns (we refer to this as
18 /// a matrix). `U(P, p)` represents whether, given an existing list of patterns
19 /// `P_1 ..= P_m`, adding a new pattern `p` will be "useful" (that is, cover previously-
20 /// uncovered values of the type).
21 ///
22 /// If we have this predicate, then we can easily compute both exhaustiveness of an
23 /// entire set of patterns and the individual usefulness of each one.
24 /// (a) the set of patterns is exhaustive iff `U(P, _)` is false (i.e., adding a wildcard
25 /// match doesn't increase the number of values we're matching)
26 /// (b) a pattern `P_i` is not useful if `U(P[0..=(i-1), P_i)` is false (i.e., adding a
27 /// pattern to those that have come before it doesn't increase the number of values
28 /// we're matching).
29 ///
30 /// During the course of the algorithm, the rows of the matrix won't just be individual patterns,
31 /// but rather partially-deconstructed patterns in the form of a list of patterns. The paper
32 /// calls those pattern-vectors, and we will call them pattern-stacks. The same holds for the
33 /// new pattern `p`.
34 ///
35 /// For example, say we have the following:
36 /// ```
37 ///     // x: (Option<bool>, Result<()>)
38 ///     match x {
39 ///         (Some(true), _) => {}
40 ///         (None, Err(())) => {}
41 ///         (None, Err(_)) => {}
42 ///     }
43 /// ```
44 /// Here, the matrix `P` starts as:
45 /// [
46 ///     [(Some(true), _)],
47 ///     [(None, Err(()))],
48 ///     [(None, Err(_))],
49 /// ]
50 /// We can tell it's not exhaustive, because `U(P, _)` is true (we're not covering
51 /// `[(Some(false), _)]`, for instance). In addition, row 3 is not useful, because
52 /// all the values it covers are already covered by row 2.
53 ///
54 /// A list of patterns can be thought of as a stack, because we are mainly interested in the top of
55 /// the stack at any given point, and we can pop or apply constructors to get new pattern-stacks.
56 /// To match the paper, the top of the stack is at the beginning / on the left.
57 ///
58 /// There are two important operations on pattern-stacks necessary to understand the algorithm:
59 ///     1. We can pop a given constructor off the top of a stack. This operation is called
60 ///        `specialize`, and is denoted `S(c, p)` where `c` is a constructor (like `Some` or
61 ///        `None`) and `p` a pattern-stack.
62 ///        If the pattern on top of the stack can cover `c`, this removes the constructor and
63 ///        pushes its arguments onto the stack. It also expands OR-patterns into distinct patterns.
64 ///        Otherwise the pattern-stack is discarded.
65 ///        This essentially filters those pattern-stacks whose top covers the constructor `c` and
66 ///        discards the others.
67 ///
68 ///        For example, the first pattern above initially gives a stack `[(Some(true), _)]`. If we
69 ///        pop the tuple constructor, we are left with `[Some(true), _]`, and if we then pop the
70 ///        `Some` constructor we get `[true, _]`. If we had popped `None` instead, we would get
71 ///        nothing back.
72 ///
73 ///        This returns zero or more new pattern-stacks, as follows. We look at the pattern `p_1`
74 ///        on top of the stack, and we have four cases:
75 ///             1.1. `p_1 = c(r_1, .., r_a)`, i.e. the top of the stack has constructor `c`. We
76 ///                  push onto the stack the arguments of this constructor, and return the result:
77 ///                     r_1, .., r_a, p_2, .., p_n
78 ///             1.2. `p_1 = c'(r_1, .., r_a')` where `c ≠ c'`. We discard the current stack and
79 ///                  return nothing.
80 ///             1.3. `p_1 = _`. We push onto the stack as many wildcards as the constructor `c` has
81 ///                  arguments (its arity), and return the resulting stack:
82 ///                     _, .., _, p_2, .., p_n
83 ///             1.4. `p_1 = r_1 | r_2`. We expand the OR-pattern and then recurse on each resulting
84 ///                  stack:
85 ///                     S(c, (r_1, p_2, .., p_n))
86 ///                     S(c, (r_2, p_2, .., p_n))
87 ///
88 ///     2. We can pop a wildcard off the top of the stack. This is called `D(p)`, where `p` is
89 ///        a pattern-stack.
90 ///        This is used when we know there are missing constructor cases, but there might be
91 ///        existing wildcard patterns, so to check the usefulness of the matrix, we have to check
92 ///        all its *other* components.
93 ///
94 ///        It is computed as follows. We look at the pattern `p_1` on top of the stack,
95 ///        and we have three cases:
96 ///             1.1. `p_1 = c(r_1, .., r_a)`. We discard the current stack and return nothing.
97 ///             1.2. `p_1 = _`. We return the rest of the stack:
98 ///                     p_2, .., p_n
99 ///             1.3. `p_1 = r_1 | r_2`. We expand the OR-pattern and then recurse on each resulting
100 ///               stack.
101 ///                     D((r_1, p_2, .., p_n))
102 ///                     D((r_2, p_2, .., p_n))
103 ///
104 ///     Note that the OR-patterns are not always used directly in Rust, but are used to derive the
105 ///     exhaustive integer matching rules, so they're written here for posterity.
106 ///
107 /// Both those operations extend straightforwardly to a list or pattern-stacks, i.e. a matrix, by
108 /// working row-by-row. Popping a constructor ends up keeping only the matrix rows that start with
109 /// the given constructor, and popping a wildcard keeps those rows that start with a wildcard.
110 ///
111 ///
112 /// The algorithm for computing `U`
113 /// -------------------------------
114 /// The algorithm is inductive (on the number of columns: i.e., components of tuple patterns).
115 /// That means we're going to check the components from left-to-right, so the algorithm
116 /// operates principally on the first component of the matrix and new pattern-stack `p`.
117 /// This algorithm is realised in the `is_useful` function.
118 ///
119 /// Base case. (`n = 0`, i.e., an empty tuple pattern)
120 ///     - If `P` already contains an empty pattern (i.e., if the number of patterns `m > 0`),
121 ///       then `U(P, p)` is false.
122 ///     - Otherwise, `P` must be empty, so `U(P, p)` is true.
123 ///
124 /// Inductive step. (`n > 0`, i.e., whether there's at least one column
125 ///                  [which may then be expanded into further columns later])
126 ///     We're going to match on the top of the new pattern-stack, `p_1`.
127 ///         - If `p_1 == c(r_1, .., r_a)`, i.e. we have a constructor pattern.
128 ///           Then, the usefulness of `p_1` can be reduced to whether it is useful when
129 ///           we ignore all the patterns in the first column of `P` that involve other constructors.
130 ///           This is where `S(c, P)` comes in:
131 ///           `U(P, p) := U(S(c, P), S(c, p))`
132 ///           This special case is handled in `is_useful_specialized`.
133 ///
134 ///           For example, if `P` is:
135 ///           [
136 ///               [Some(true), _],
137 ///               [None, 0],
138 ///           ]
139 ///           and `p` is [Some(false), 0], then we don't care about row 2 since we know `p` only
140 ///           matches values that row 2 doesn't. For row 1 however, we need to dig into the
141 ///           arguments of `Some` to know whether some new value is covered. So we compute
142 ///           `U([[true, _]], [false, 0])`.
143 ///
144 ///         - If `p_1 == _`, then we look at the list of constructors that appear in the first
145 ///               component of the rows of `P`:
146 ///             + If there are some constructors that aren't present, then we might think that the
147 ///               wildcard `_` is useful, since it covers those constructors that weren't covered
148 ///               before.
149 ///               That's almost correct, but only works if there were no wildcards in those first
150 ///               components. So we need to check that `p` is useful with respect to the rows that
151 ///               start with a wildcard, if there are any. This is where `D` comes in:
152 ///               `U(P, p) := U(D(P), D(p))`
153 ///
154 ///               For example, if `P` is:
155 ///               [
156 ///                   [_, true, _],
157 ///                   [None, false, 1],
158 ///               ]
159 ///               and `p` is [_, false, _], the `Some` constructor doesn't appear in `P`. So if we
160 ///               only had row 2, we'd know that `p` is useful. However row 1 starts with a
161 ///               wildcard, so we need to check whether `U([[true, _]], [false, 1])`.
162 ///
163 ///             + Otherwise, all possible constructors (for the relevant type) are present. In this
164 ///               case we must check whether the wildcard pattern covers any unmatched value. For
165 ///               that, we can think of the `_` pattern as a big OR-pattern that covers all
166 ///               possible constructors. For `Option`, that would mean `_ = None | Some(_)` for
167 ///               example. The wildcard pattern is useful in this case if it is useful when
168 ///               specialized to one of the possible constructors. So we compute:
169 ///               `U(P, p) := ∃(k ϵ constructors) U(S(k, P), S(k, p))`
170 ///
171 ///               For example, if `P` is:
172 ///               [
173 ///                   [Some(true), _],
174 ///                   [None, false],
175 ///               ]
176 ///               and `p` is [_, false], both `None` and `Some` constructors appear in the first
177 ///               components of `P`. We will therefore try popping both constructors in turn: we
178 ///               compute U([[true, _]], [_, false]) for the `Some` constructor, and U([[false]],
179 ///               [false]) for the `None` constructor. The first case returns true, so we know that
180 ///               `p` is useful for `P`. Indeed, it matches `[Some(false), _]` that wasn't matched
181 ///               before.
182 ///
183 ///         - If `p_1 == r_1 | r_2`, then the usefulness depends on each `r_i` separately:
184 ///           `U(P, p) := U(P, (r_1, p_2, .., p_n))
185 ///                    || U(P, (r_2, p_2, .., p_n))`
186 ///
187 /// Modifications to the algorithm
188 /// ------------------------------
189 /// The algorithm in the paper doesn't cover some of the special cases that arise in Rust, for
190 /// example uninhabited types and variable-length slice patterns. These are drawn attention to
191 /// throughout the code below. I'll make a quick note here about how exhaustive integer matching is
192 /// accounted for, though.
193 ///
194 /// Exhaustive integer matching
195 /// ---------------------------
196 /// An integer type can be thought of as a (huge) sum type: 1 | 2 | 3 | ...
197 /// So to support exhaustive integer matching, we can make use of the logic in the paper for
198 /// OR-patterns. However, we obviously can't just treat ranges x..=y as individual sums, because
199 /// they are likely gigantic. So we instead treat ranges as constructors of the integers. This means
200 /// that we have a constructor *of* constructors (the integers themselves). We then need to work
201 /// through all the inductive step rules above, deriving how the ranges would be treated as
202 /// OR-patterns, and making sure that they're treated in the same way even when they're ranges.
203 /// There are really only four special cases here:
204 /// - When we match on a constructor that's actually a range, we have to treat it as if we would
205 ///   an OR-pattern.
206 ///     + It turns out that we can simply extend the case for single-value patterns in
207 ///      `specialize` to either be *equal* to a value constructor, or *contained within* a range
208 ///      constructor.
209 ///     + When the pattern itself is a range, you just want to tell whether any of the values in
210 ///       the pattern range coincide with values in the constructor range, which is precisely
211 ///       intersection.
212 ///   Since when encountering a range pattern for a value constructor, we also use inclusion, it
213 ///   means that whenever the constructor is a value/range and the pattern is also a value/range,
214 ///   we can simply use intersection to test usefulness.
215 /// - When we're testing for usefulness of a pattern and the pattern's first component is a
216 ///   wildcard.
217 ///     + If all the constructors appear in the matrix, we have a slight complication. By default,
218 ///       the behaviour (i.e., a disjunction over specialised matrices for each constructor) is
219 ///       invalid, because we want a disjunction over every *integer* in each range, not just a
220 ///       disjunction over every range. This is a bit more tricky to deal with: essentially we need
221 ///       to form equivalence classes of subranges of the constructor range for which the behaviour
222 ///       of the matrix `P` and new pattern `p` are the same. This is described in more
223 ///       detail in `split_grouped_constructors`.
224 ///     + If some constructors are missing from the matrix, it turns out we don't need to do
225 ///       anything special (because we know none of the integers are actually wildcards: i.e., we
226 ///       can't span wildcards using ranges).
227 use self::Constructor::*;
228 use self::SliceKind::*;
229 use self::Usefulness::*;
230 use self::WitnessPreference::*;
231
232 use rustc_data_structures::captures::Captures;
233 use rustc_index::vec::Idx;
234
235 use super::{compare_const_vals, PatternFoldable, PatternFolder};
236 use super::{FieldPat, Pat, PatKind, PatRange};
237
238 use rustc::ty::layout::{Integer, IntegerExt, Size, VariantIdx};
239 use rustc::ty::{self, Const, Ty, TyCtxt, TypeFoldable, VariantDef};
240 use rustc_hir::def_id::DefId;
241 use rustc_hir::{HirId, RangeEnd};
242
243 use rustc::lint;
244 use rustc::mir::interpret::{truncate, AllocId, ConstValue, Pointer, Scalar};
245 use rustc::mir::Field;
246 use rustc::util::common::ErrorReported;
247
248 use rustc_span::{Span, DUMMY_SP};
249 use syntax::attr::{SignedInt, UnsignedInt};
250
251 use arena::TypedArena;
252
253 use smallvec::{smallvec, SmallVec};
254 use std::borrow::Cow;
255 use std::cmp::{self, max, min, Ordering};
256 use std::convert::TryInto;
257 use std::fmt;
258 use std::iter::{FromIterator, IntoIterator};
259 use std::ops::RangeInclusive;
260 use std::u128;
261
262 crate fn expand_pattern<'a, 'tcx>(cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>, pat: Pat<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
263     LiteralExpander { tcx: cx.tcx, param_env: cx.param_env }.fold_pattern(&pat)
264 }
265
266 struct LiteralExpander<'tcx> {
267     tcx: TyCtxt<'tcx>,
268     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
269 }
270
271 impl<'tcx> LiteralExpander<'tcx> {
272     /// Derefs `val` and potentially unsizes the value if `crty` is an array and `rty` a slice.
273     ///
274     /// `crty` and `rty` can differ because you can use array constants in the presence of slice
275     /// patterns. So the pattern may end up being a slice, but the constant is an array. We convert
276     /// the array to a slice in that case.
277     fn fold_const_value_deref(
278         &mut self,
279         val: ConstValue<'tcx>,
280         // the pattern's pointee type
281         rty: Ty<'tcx>,
282         // the constant's pointee type
283         crty: Ty<'tcx>,
284     ) -> ConstValue<'tcx> {
285         debug!("fold_const_value_deref {:?} {:?} {:?}", val, rty, crty);
286         match (val, &crty.kind, &rty.kind) {
287             // the easy case, deref a reference
288             (ConstValue::Scalar(p), x, y) if x == y => {
289                 match p {
290                     Scalar::Ptr(p) => {
291                         let alloc = self.tcx.alloc_map.lock().unwrap_memory(p.alloc_id);
292                         ConstValue::ByRef { alloc, offset: p.offset }
293                     }
294                     Scalar::Raw { .. } => {
295                         let layout = self.tcx.layout_of(self.param_env.and(rty)).unwrap();
296                         if layout.is_zst() {
297                             // Deref of a reference to a ZST is a nop.
298                             ConstValue::Scalar(Scalar::zst())
299                         } else {
300                             // FIXME(oli-obk): this is reachable for `const FOO: &&&u32 = &&&42;`
301                             bug!("cannot deref {:#?}, {} -> {}", val, crty, rty);
302                         }
303                     }
304                 }
305             }
306             // unsize array to slice if pattern is array but match value or other patterns are slice
307             (ConstValue::Scalar(Scalar::Ptr(p)), ty::Array(t, n), ty::Slice(u)) => {
308                 assert_eq!(t, u);
309                 ConstValue::Slice {
310                     data: self.tcx.alloc_map.lock().unwrap_memory(p.alloc_id),
311                     start: p.offset.bytes().try_into().unwrap(),
312                     end: n.eval_usize(self.tcx, ty::ParamEnv::empty()).try_into().unwrap(),
313                 }
314             }
315             // fat pointers stay the same
316             (ConstValue::Slice { .. }, _, _)
317             | (_, ty::Slice(_), ty::Slice(_))
318             | (_, ty::Str, ty::Str) => val,
319             // FIXME(oli-obk): this is reachable for `const FOO: &&&u32 = &&&42;` being used
320             _ => bug!("cannot deref {:#?}, {} -> {}", val, crty, rty),
321         }
322     }
323 }
324
325 impl<'tcx> PatternFolder<'tcx> for LiteralExpander<'tcx> {
326     fn fold_pattern(&mut self, pat: &Pat<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
327         debug!("fold_pattern {:?} {:?} {:?}", pat, pat.ty.kind, pat.kind);
328         match (&pat.ty.kind, &*pat.kind) {
329             (
330                 &ty::Ref(_, rty, _),
331                 &PatKind::Constant {
332                     value:
333                         Const {
334                             val: ty::ConstKind::Value(val),
335                             ty: ty::TyS { kind: ty::Ref(_, crty, _), .. },
336                         },
337                 },
338             ) => Pat {
339                 ty: pat.ty,
340                 span: pat.span,
341                 kind: box PatKind::Deref {
342                     subpattern: Pat {
343                         ty: rty,
344                         span: pat.span,
345                         kind: box PatKind::Constant {
346                             value: self.tcx.mk_const(Const {
347                                 val: ty::ConstKind::Value(
348                                     self.fold_const_value_deref(*val, rty, crty),
349                                 ),
350                                 ty: rty,
351                             }),
352                         },
353                     },
354                 },
355             },
356
357             (
358                 &ty::Ref(_, rty, _),
359                 &PatKind::Constant {
360                     value: Const { val, ty: ty::TyS { kind: ty::Ref(_, crty, _), .. } },
361                 },
362             ) => bug!("cannot deref {:#?}, {} -> {}", val, crty, rty),
363
364             (_, &PatKind::Binding { subpattern: Some(ref s), .. }) => s.fold_with(self),
365             (_, &PatKind::AscribeUserType { subpattern: ref s, .. }) => s.fold_with(self),
366             _ => pat.super_fold_with(self),
367         }
368     }
369 }
370
371 impl<'tcx> Pat<'tcx> {
372     pub(super) fn is_wildcard(&self) -> bool {
373         match *self.kind {
374             PatKind::Binding { subpattern: None, .. } | PatKind::Wild => true,
375             _ => false,
376         }
377     }
378 }
379
380 /// A row of a matrix. Rows of len 1 are very common, which is why `SmallVec[_; 2]`
381 /// works well.
382 #[derive(Debug, Clone)]
383 crate struct PatStack<'p, 'tcx>(SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>);
384
385 impl<'p, 'tcx> PatStack<'p, 'tcx> {
386     crate fn from_pattern(pat: &'p Pat<'tcx>) -> Self {
387         PatStack(smallvec![pat])
388     }
389
390     fn from_vec(vec: SmallVec<[&'p Pat<'tcx>; 2]>) -> Self {
391         PatStack(vec)
392     }
393
394     fn from_slice(s: &[&'p Pat<'tcx>]) -> Self {
395         PatStack(SmallVec::from_slice(s))
396     }
397
398     fn is_empty(&self) -> bool {
399         self.0.is_empty()
400     }
401
402     fn len(&self) -> usize {
403         self.0.len()
404     }
405
406     fn head(&self) -> &'p Pat<'tcx> {
407         self.0[0]
408     }
409
410     fn to_tail(&self) -> Self {
411         PatStack::from_slice(&self.0[1..])
412     }
413
414     fn iter(&self) -> impl Iterator<Item = &Pat<'tcx>> {
415         self.0.iter().map(|p| *p)
416     }
417
418     // If the first pattern is an or-pattern, expand this pattern. Otherwise, return `None`.
419     fn expand_or_pat(&self) -> Option<Vec<Self>> {
420         if self.is_empty() {
421             None
422         } else if let PatKind::Or { pats } = &*self.head().kind {
423             Some(
424                 pats.iter()
425                     .map(|pat| {
426                         let mut new_patstack = PatStack::from_pattern(pat);
427                         new_patstack.0.extend_from_slice(&self.0[1..]);
428                         new_patstack
429                     })
430                     .collect(),
431             )
432         } else {
433             None
434         }
435     }
436
437     /// This computes `D(self)`. See top of the file for explanations.
438     fn specialize_wildcard(&self) -> Option<Self> {
439         if self.head().is_wildcard() { Some(self.to_tail()) } else { None }
440     }
441
442     /// This computes `S(constructor, self)`. See top of the file for explanations.
443     fn specialize_constructor(
444         &self,
445         cx: &mut MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
446         constructor: &Constructor<'tcx>,
447         ctor_wild_subpatterns: &'p [Pat<'tcx>],
448     ) -> Option<PatStack<'p, 'tcx>> {
449         let new_heads = specialize_one_pattern(cx, self.head(), constructor, ctor_wild_subpatterns);
450         new_heads.map(|mut new_head| {
451             new_head.0.extend_from_slice(&self.0[1..]);
452             new_head
453         })
454     }
455 }
456
457 impl<'p, 'tcx> Default for PatStack<'p, 'tcx> {
458     fn default() -> Self {
459         PatStack(smallvec![])
460     }
461 }
462
463 impl<'p, 'tcx> FromIterator<&'p Pat<'tcx>> for PatStack<'p, 'tcx> {
464     fn from_iter<T>(iter: T) -> Self
465     where
466         T: IntoIterator<Item = &'p Pat<'tcx>>,
467     {
468         PatStack(iter.into_iter().collect())
469     }
470 }
471
472 /// A 2D matrix.
473 #[derive(Clone)]
474 crate struct Matrix<'p, 'tcx>(Vec<PatStack<'p, 'tcx>>);
475
476 impl<'p, 'tcx> Matrix<'p, 'tcx> {
477     crate fn empty() -> Self {
478         Matrix(vec![])
479     }
480
481     /// Pushes a new row to the matrix. If the row starts with an or-pattern, this expands it.
482     crate fn push(&mut self, row: PatStack<'p, 'tcx>) {
483         if let Some(rows) = row.expand_or_pat() {
484             self.0.extend(rows);
485         } else {
486             self.0.push(row);
487         }
488     }
489
490     /// Iterate over the first component of each row
491     fn heads<'a>(&'a self) -> impl Iterator<Item = &'a Pat<'tcx>> + Captures<'p> {
492         self.0.iter().map(|r| r.head())
493     }
494
495     /// This computes `D(self)`. See top of the file for explanations.
496     fn specialize_wildcard(&self) -> Self {
497         self.0.iter().filter_map(|r| r.specialize_wildcard()).collect()
498     }
499
500     /// This computes `S(constructor, self)`. See top of the file for explanations.
501     fn specialize_constructor(
502         &self,
503         cx: &mut MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
504         constructor: &Constructor<'tcx>,
505         ctor_wild_subpatterns: &'p [Pat<'tcx>],
506     ) -> Matrix<'p, 'tcx> {
507         self.0
508             .iter()
509             .filter_map(|r| r.specialize_constructor(cx, constructor, ctor_wild_subpatterns))
510             .collect()
511     }
512 }
513
514 /// Pretty-printer for matrices of patterns, example:
515 /// +++++++++++++++++++++++++++++
516 /// + _     + []                +
517 /// +++++++++++++++++++++++++++++
518 /// + true  + [First]           +
519 /// +++++++++++++++++++++++++++++
520 /// + true  + [Second(true)]    +
521 /// +++++++++++++++++++++++++++++
522 /// + false + [_]               +
523 /// +++++++++++++++++++++++++++++
524 /// + _     + [_, _, tail @ ..] +
525 /// +++++++++++++++++++++++++++++
526 impl<'p, 'tcx> fmt::Debug for Matrix<'p, 'tcx> {
527     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
528         write!(f, "\n")?;
529
530         let &Matrix(ref m) = self;
531         let pretty_printed_matrix: Vec<Vec<String>> =
532             m.iter().map(|row| row.iter().map(|pat| format!("{:?}", pat)).collect()).collect();
533
534         let column_count = m.iter().map(|row| row.len()).max().unwrap_or(0);
535         assert!(m.iter().all(|row| row.len() == column_count));
536         let column_widths: Vec<usize> = (0..column_count)
537             .map(|col| pretty_printed_matrix.iter().map(|row| row[col].len()).max().unwrap_or(0))
538             .collect();
539
540         let total_width = column_widths.iter().cloned().sum::<usize>() + column_count * 3 + 1;
541         let br = "+".repeat(total_width);
542         write!(f, "{}\n", br)?;
543         for row in pretty_printed_matrix {
544             write!(f, "+")?;
545             for (column, pat_str) in row.into_iter().enumerate() {
546                 write!(f, " ")?;
547                 write!(f, "{:1$}", pat_str, column_widths[column])?;
548                 write!(f, " +")?;
549             }
550             write!(f, "\n")?;
551             write!(f, "{}\n", br)?;
552         }
553         Ok(())
554     }
555 }
556
557 impl<'p, 'tcx> FromIterator<PatStack<'p, 'tcx>> for Matrix<'p, 'tcx> {
558     fn from_iter<T>(iter: T) -> Self
559     where
560         T: IntoIterator<Item = PatStack<'p, 'tcx>>,
561     {
562         let mut matrix = Matrix::empty();
563         for x in iter {
564             // Using `push` ensures we correctly expand or-patterns.
565             matrix.push(x);
566         }
567         matrix
568     }
569 }
570
571 crate struct MatchCheckCtxt<'a, 'tcx> {
572     crate tcx: TyCtxt<'tcx>,
573     /// The module in which the match occurs. This is necessary for
574     /// checking inhabited-ness of types because whether a type is (visibly)
575     /// inhabited can depend on whether it was defined in the current module or
576     /// not. E.g., `struct Foo { _private: ! }` cannot be seen to be empty
577     /// outside it's module and should not be matchable with an empty match
578     /// statement.
579     crate module: DefId,
580     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
581     crate pattern_arena: &'a TypedArena<Pat<'tcx>>,
582 }
583
584 impl<'a, 'tcx> MatchCheckCtxt<'a, 'tcx> {
585     crate fn create_and_enter<R>(
586         tcx: TyCtxt<'tcx>,
587         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
588         module: DefId,
589         f: impl for<'b> FnOnce(MatchCheckCtxt<'b, 'tcx>) -> R,
590     ) -> R {
591         let pattern_arena = TypedArena::default();
592
593         f(MatchCheckCtxt { tcx, param_env, module, pattern_arena: &pattern_arena })
594     }
595
596     fn is_uninhabited(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
597         if self.tcx.features().exhaustive_patterns {
598             self.tcx.is_ty_uninhabited_from(self.module, ty)
599         } else {
600             false
601         }
602     }
603
604     // Returns whether the given type is an enum from another crate declared `#[non_exhaustive]`.
605     crate fn is_foreign_non_exhaustive_enum(&self, ty: Ty<'tcx>) -> bool {
606         match ty.kind {
607             ty::Adt(def, ..) => {
608                 def.is_enum() && def.is_variant_list_non_exhaustive() && !def.did.is_local()
609             }
610             _ => false,
611         }
612     }
613
614     // Returns whether the given variant is from another crate and has its fields declared
615     // `#[non_exhaustive]`.
616     fn is_foreign_non_exhaustive_variant(&self, ty: Ty<'tcx>, variant: &VariantDef) -> bool {
617         match ty.kind {
618             ty::Adt(def, ..) => variant.is_field_list_non_exhaustive() && !def.did.is_local(),
619             _ => false,
620         }
621     }
622 }
623
624 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq)]
625 enum SliceKind {
626     /// Patterns of length `n` (`[x, y]`).
627     FixedLen(u64),
628     /// Patterns using the `..` notation (`[x, .., y]`).
629     /// Captures any array constructor of `length >= i + j`.
630     /// In the case where `array_len` is `Some(_)`,
631     /// this indicates that we only care about the first `i` and the last `j` values of the array,
632     /// and everything in between is a wildcard `_`.
633     VarLen(u64, u64),
634 }
635
636 impl SliceKind {
637     fn arity(self) -> u64 {
638         match self {
639             FixedLen(length) => length,
640             VarLen(prefix, suffix) => prefix + suffix,
641         }
642     }
643
644     /// Whether this pattern includes patterns of length `other_len`.
645     fn covers_length(self, other_len: u64) -> bool {
646         match self {
647             FixedLen(len) => len == other_len,
648             VarLen(prefix, suffix) => prefix + suffix <= other_len,
649         }
650     }
651
652     /// Returns a collection of slices that spans the values covered by `self`, subtracted by the
653     /// values covered by `other`: i.e., `self \ other` (in set notation).
654     fn subtract(self, other: Self) -> SmallVec<[Self; 1]> {
655         // Remember, `VarLen(i, j)` covers the union of `FixedLen` from `i + j` to infinity.
656         // Naming: we remove the "neg" constructors from the "pos" ones.
657         match self {
658             FixedLen(pos_len) => {
659                 if other.covers_length(pos_len) {
660                     smallvec![]
661                 } else {
662                     smallvec![self]
663                 }
664             }
665             VarLen(pos_prefix, pos_suffix) => {
666                 let pos_len = pos_prefix + pos_suffix;
667                 match other {
668                     FixedLen(neg_len) => {
669                         if neg_len < pos_len {
670                             smallvec![self]
671                         } else {
672                             (pos_len..neg_len)
673                                 .map(FixedLen)
674                                 // We know that `neg_len + 1 >= pos_len >= pos_suffix`.
675                                 .chain(Some(VarLen(neg_len + 1 - pos_suffix, pos_suffix)))
676                                 .collect()
677                         }
678                     }
679                     VarLen(neg_prefix, neg_suffix) => {
680                         let neg_len = neg_prefix + neg_suffix;
681                         if neg_len <= pos_len {
682                             smallvec![]
683                         } else {
684                             (pos_len..neg_len).map(FixedLen).collect()
685                         }
686                     }
687                 }
688             }
689         }
690     }
691 }
692
693 /// A constructor for array and slice patterns.
694 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq)]
695 struct Slice {
696     /// `None` if the matched value is a slice, `Some(n)` if it is an array of size `n`.
697     array_len: Option<u64>,
698     /// The kind of pattern it is: fixed-length `[x, y]` or variable length `[x, .., y]`.
699     kind: SliceKind,
700 }
701
702 impl Slice {
703     /// Returns what patterns this constructor covers: either fixed-length patterns or
704     /// variable-length patterns.
705     fn pattern_kind(self) -> SliceKind {
706         match self {
707             Slice { array_len: Some(len), kind: VarLen(prefix, suffix) }
708                 if prefix + suffix == len =>
709             {
710                 FixedLen(len)
711             }
712             _ => self.kind,
713         }
714     }
715
716     /// Returns what values this constructor covers: either values of only one given length, or
717     /// values of length above a given length.
718     /// This is different from `pattern_kind()` because in some cases the pattern only takes into
719     /// account a subset of the entries of the array, but still only captures values of a given
720     /// length.
721     fn value_kind(self) -> SliceKind {
722         match self {
723             Slice { array_len: Some(len), kind: VarLen(_, _) } => FixedLen(len),
724             _ => self.kind,
725         }
726     }
727
728     fn arity(self) -> u64 {
729         self.pattern_kind().arity()
730     }
731 }
732
733 #[derive(Clone, Debug, PartialEq)]
734 enum Constructor<'tcx> {
735     /// The constructor of all patterns that don't vary by constructor,
736     /// e.g., struct patterns and fixed-length arrays.
737     Single,
738     /// Enum variants.
739     Variant(DefId),
740     /// Literal values.
741     ConstantValue(&'tcx ty::Const<'tcx>),
742     /// Ranges of integer literal values (`2`, `2..=5` or `2..5`).
743     IntRange(IntRange<'tcx>),
744     /// Ranges of floating-point literal values (`2.0..=5.2`).
745     FloatRange(&'tcx ty::Const<'tcx>, &'tcx ty::Const<'tcx>, RangeEnd),
746     /// Array and slice patterns.
747     Slice(Slice),
748     /// Fake extra constructor for enums that aren't allowed to be matched exhaustively.
749     NonExhaustive,
750 }
751
752 impl<'tcx> Constructor<'tcx> {
753     fn is_slice(&self) -> bool {
754         match self {
755             Slice(_) => true,
756             _ => false,
757         }
758     }
759
760     fn variant_index_for_adt<'a>(
761         &self,
762         cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
763         adt: &'tcx ty::AdtDef,
764     ) -> VariantIdx {
765         match *self {
766             Variant(id) => adt.variant_index_with_id(id),
767             Single => {
768                 assert!(!adt.is_enum());
769                 VariantIdx::new(0)
770             }
771             ConstantValue(c) => cx.tcx.destructure_const(cx.param_env.and(c)).variant,
772             _ => bug!("bad constructor {:?} for adt {:?}", self, adt),
773         }
774     }
775
776     // Returns the set of constructors covered by `self` but not by
777     // anything in `other_ctors`.
778     fn subtract_ctors(&self, other_ctors: &Vec<Constructor<'tcx>>) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
779         if other_ctors.is_empty() {
780             return vec![self.clone()];
781         }
782
783         match self {
784             // Those constructors can only match themselves.
785             Single | Variant(_) | ConstantValue(..) | FloatRange(..) => {
786                 if other_ctors.iter().any(|c| c == self) { vec![] } else { vec![self.clone()] }
787             }
788             &Slice(slice) => {
789                 let mut other_slices = other_ctors
790                     .iter()
791                     .filter_map(|c: &Constructor<'_>| match c {
792                         Slice(slice) => Some(*slice),
793                         // FIXME(oli-obk): implement `deref` for `ConstValue`
794                         ConstantValue(..) => None,
795                         _ => bug!("bad slice pattern constructor {:?}", c),
796                     })
797                     .map(Slice::value_kind);
798
799                 match slice.value_kind() {
800                     FixedLen(self_len) => {
801                         if other_slices.any(|other_slice| other_slice.covers_length(self_len)) {
802                             vec![]
803                         } else {
804                             vec![Slice(slice)]
805                         }
806                     }
807                     kind @ VarLen(..) => {
808                         let mut remaining_slices = vec![kind];
809
810                         // For each used slice, subtract from the current set of slices.
811                         for other_slice in other_slices {
812                             remaining_slices = remaining_slices
813                                 .into_iter()
814                                 .flat_map(|remaining_slice| remaining_slice.subtract(other_slice))
815                                 .collect();
816
817                             // If the constructors that have been considered so far already cover
818                             // the entire range of `self`, no need to look at more constructors.
819                             if remaining_slices.is_empty() {
820                                 break;
821                             }
822                         }
823
824                         remaining_slices
825                             .into_iter()
826                             .map(|kind| Slice { array_len: slice.array_len, kind })
827                             .map(Slice)
828                             .collect()
829                     }
830                 }
831             }
832             IntRange(self_range) => {
833                 let mut remaining_ranges = vec![self_range.clone()];
834                 for other_ctor in other_ctors {
835                     if let IntRange(other_range) = other_ctor {
836                         if other_range == self_range {
837                             // If the `self` range appears directly in a `match` arm, we can
838                             // eliminate it straight away.
839                             remaining_ranges = vec![];
840                         } else {
841                             // Otherwise explicitely compute the remaining ranges.
842                             remaining_ranges = other_range.subtract_from(remaining_ranges);
843                         }
844
845                         // If the ranges that have been considered so far already cover the entire
846                         // range of values, we can return early.
847                         if remaining_ranges.is_empty() {
848                             break;
849                         }
850                     }
851                 }
852
853                 // Convert the ranges back into constructors.
854                 remaining_ranges.into_iter().map(IntRange).collect()
855             }
856             // This constructor is never covered by anything else
857             NonExhaustive => vec![NonExhaustive],
858         }
859     }
860
861     /// This returns one wildcard pattern for each argument to this constructor.
862     ///
863     /// This must be consistent with `apply`, `specialize_one_pattern`, and `arity`.
864     fn wildcard_subpatterns<'a>(
865         &self,
866         cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
867         ty: Ty<'tcx>,
868     ) -> Vec<Pat<'tcx>> {
869         debug!("wildcard_subpatterns({:#?}, {:?})", self, ty);
870
871         match self {
872             Single | Variant(_) => match ty.kind {
873                 ty::Tuple(ref fs) => {
874                     fs.into_iter().map(|t| t.expect_ty()).map(Pat::wildcard_from_ty).collect()
875                 }
876                 ty::Ref(_, rty, _) => vec![Pat::wildcard_from_ty(rty)],
877                 ty::Adt(adt, substs) => {
878                     if adt.is_box() {
879                         // Use T as the sub pattern type of Box<T>.
880                         vec![Pat::wildcard_from_ty(substs.type_at(0))]
881                     } else {
882                         let variant = &adt.variants[self.variant_index_for_adt(cx, adt)];
883                         let is_non_exhaustive = cx.is_foreign_non_exhaustive_variant(ty, variant);
884                         variant
885                             .fields
886                             .iter()
887                             .map(|field| {
888                                 let is_visible = adt.is_enum()
889                                     || field.vis.is_accessible_from(cx.module, cx.tcx);
890                                 let is_uninhabited = cx.is_uninhabited(field.ty(cx.tcx, substs));
891                                 match (is_visible, is_non_exhaustive, is_uninhabited) {
892                                     // Treat all uninhabited types in non-exhaustive variants as
893                                     // `TyErr`.
894                                     (_, true, true) => cx.tcx.types.err,
895                                     // Treat all non-visible fields as `TyErr`. They can't appear
896                                     // in any other pattern from this match (because they are
897                                     // private), so their type does not matter - but we don't want
898                                     // to know they are uninhabited.
899                                     (false, ..) => cx.tcx.types.err,
900                                     (true, ..) => {
901                                         let ty = field.ty(cx.tcx, substs);
902                                         match ty.kind {
903                                             // If the field type returned is an array of an unknown
904                                             // size return an TyErr.
905                                             ty::Array(_, len)
906                                                 if len
907                                                     .try_eval_usize(cx.tcx, cx.param_env)
908                                                     .is_none() =>
909                                             {
910                                                 cx.tcx.types.err
911                                             }
912                                             _ => ty,
913                                         }
914                                     }
915                                 }
916                             })
917                             .map(Pat::wildcard_from_ty)
918                             .collect()
919                     }
920                 }
921                 _ => vec![],
922             },
923             Slice(_) => match ty.kind {
924                 ty::Slice(ty) | ty::Array(ty, _) => {
925                     let arity = self.arity(cx, ty);
926                     (0..arity).map(|_| Pat::wildcard_from_ty(ty)).collect()
927                 }
928                 _ => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", self, ty),
929             },
930             ConstantValue(..) | FloatRange(..) | IntRange(..) | NonExhaustive => vec![],
931         }
932     }
933
934     /// This computes the arity of a constructor. The arity of a constructor
935     /// is how many subpattern patterns of that constructor should be expanded to.
936     ///
937     /// For instance, a tuple pattern `(_, 42, Some([]))` has the arity of 3.
938     /// A struct pattern's arity is the number of fields it contains, etc.
939     ///
940     /// This must be consistent with `wildcard_subpatterns`, `specialize_one_pattern`, and `apply`.
941     fn arity<'a>(&self, cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> u64 {
942         debug!("Constructor::arity({:#?}, {:?})", self, ty);
943         match self {
944             Single | Variant(_) => match ty.kind {
945                 ty::Tuple(ref fs) => fs.len() as u64,
946                 ty::Slice(..) | ty::Array(..) => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", self, ty),
947                 ty::Ref(..) => 1,
948                 ty::Adt(adt, _) => {
949                     adt.variants[self.variant_index_for_adt(cx, adt)].fields.len() as u64
950                 }
951                 _ => 0,
952             },
953             Slice(slice) => slice.arity(),
954             ConstantValue(..) | FloatRange(..) | IntRange(..) | NonExhaustive => 0,
955         }
956     }
957
958     /// Apply a constructor to a list of patterns, yielding a new pattern. `pats`
959     /// must have as many elements as this constructor's arity.
960     ///
961     /// This must be consistent with `wildcard_subpatterns`, `specialize_one_pattern`, and `arity`.
962     ///
963     /// Examples:
964     /// `self`: `Constructor::Single`
965     /// `ty`: `(u32, u32, u32)`
966     /// `pats`: `[10, 20, _]`
967     /// returns `(10, 20, _)`
968     ///
969     /// `self`: `Constructor::Variant(Option::Some)`
970     /// `ty`: `Option<bool>`
971     /// `pats`: `[false]`
972     /// returns `Some(false)`
973     fn apply<'a>(
974         &self,
975         cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
976         ty: Ty<'tcx>,
977         pats: impl IntoIterator<Item = Pat<'tcx>>,
978     ) -> Pat<'tcx> {
979         let mut subpatterns = pats.into_iter();
980
981         let pat = match self {
982             Single | Variant(_) => match ty.kind {
983                 ty::Adt(..) | ty::Tuple(..) => {
984                     let subpatterns = subpatterns
985                         .enumerate()
986                         .map(|(i, p)| FieldPat { field: Field::new(i), pattern: p })
987                         .collect();
988
989                     if let ty::Adt(adt, substs) = ty.kind {
990                         if adt.is_enum() {
991                             PatKind::Variant {
992                                 adt_def: adt,
993                                 substs,
994                                 variant_index: self.variant_index_for_adt(cx, adt),
995                                 subpatterns,
996                             }
997                         } else {
998                             PatKind::Leaf { subpatterns }
999                         }
1000                     } else {
1001                         PatKind::Leaf { subpatterns }
1002                     }
1003                 }
1004                 ty::Ref(..) => PatKind::Deref { subpattern: subpatterns.nth(0).unwrap() },
1005                 ty::Slice(_) | ty::Array(..) => bug!("bad slice pattern {:?} {:?}", self, ty),
1006                 _ => PatKind::Wild,
1007             },
1008             Slice(slice) => match slice.pattern_kind() {
1009                 FixedLen(_) => {
1010                     PatKind::Slice { prefix: subpatterns.collect(), slice: None, suffix: vec![] }
1011                 }
1012                 VarLen(prefix, _) => {
1013                     let mut prefix: Vec<_> = subpatterns.by_ref().take(prefix as usize).collect();
1014                     if slice.array_len.is_some() {
1015                         // Improves diagnostics a bit: if the type is a known-size array, instead
1016                         // of reporting `[x, _, .., _, y]`, we prefer to report `[x, .., y]`.
1017                         // This is incorrect if the size is not known, since `[_, ..]` captures
1018                         // arrays of lengths `>= 1` whereas `[..]` captures any length.
1019                         while !prefix.is_empty() && prefix.last().unwrap().is_wildcard() {
1020                             prefix.pop();
1021                         }
1022                     }
1023                     let suffix: Vec<_> = if slice.array_len.is_some() {
1024                         // Same as above.
1025                         subpatterns.skip_while(Pat::is_wildcard).collect()
1026                     } else {
1027                         subpatterns.collect()
1028                     };
1029                     let wild = Pat::wildcard_from_ty(ty);
1030                     PatKind::Slice { prefix, slice: Some(wild), suffix }
1031                 }
1032             },
1033             &ConstantValue(value) => PatKind::Constant { value },
1034             &FloatRange(lo, hi, end) => PatKind::Range(PatRange { lo, hi, end }),
1035             IntRange(range) => return range.to_pat(cx.tcx),
1036             NonExhaustive => PatKind::Wild,
1037         };
1038
1039         Pat { ty, span: DUMMY_SP, kind: Box::new(pat) }
1040     }
1041
1042     /// Like `apply`, but where all the subpatterns are wildcards `_`.
1043     fn apply_wildcards<'a>(&self, cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
1044         let subpatterns = self.wildcard_subpatterns(cx, ty).into_iter().rev();
1045         self.apply(cx, ty, subpatterns)
1046     }
1047 }
1048
1049 #[derive(Clone, Debug)]
1050 crate enum Usefulness<'tcx, 'p> {
1051     /// Carries a list of unreachable subpatterns. Used only in the presence of or-patterns.
1052     Useful(Vec<&'p Pat<'tcx>>),
1053     /// Carries a list of witnesses of non-exhaustiveness.
1054     UsefulWithWitness(Vec<Witness<'tcx>>),
1055     NotUseful,
1056 }
1057
1058 impl<'tcx, 'p> Usefulness<'tcx, 'p> {
1059     fn new_useful(preference: WitnessPreference) -> Self {
1060         match preference {
1061             ConstructWitness => UsefulWithWitness(vec![Witness(vec![])]),
1062             LeaveOutWitness => Useful(vec![]),
1063         }
1064     }
1065
1066     fn is_useful(&self) -> bool {
1067         match *self {
1068             NotUseful => false,
1069             _ => true,
1070         }
1071     }
1072
1073     fn apply_constructor(
1074         self,
1075         cx: &MatchCheckCtxt<'_, 'tcx>,
1076         ctor: &Constructor<'tcx>,
1077         ty: Ty<'tcx>,
1078     ) -> Self {
1079         match self {
1080             UsefulWithWitness(witnesses) => UsefulWithWitness(
1081                 witnesses
1082                     .into_iter()
1083                     .map(|witness| witness.apply_constructor(cx, &ctor, ty))
1084                     .collect(),
1085             ),
1086             x => x,
1087         }
1088     }
1089
1090     fn apply_wildcard(self, ty: Ty<'tcx>) -> Self {
1091         match self {
1092             UsefulWithWitness(witnesses) => {
1093                 let wild = Pat::wildcard_from_ty(ty);
1094                 UsefulWithWitness(
1095                     witnesses
1096                         .into_iter()
1097                         .map(|mut witness| {
1098                             witness.0.push(wild.clone());
1099                             witness
1100                         })
1101                         .collect(),
1102                 )
1103             }
1104             x => x,
1105         }
1106     }
1107
1108     fn apply_missing_ctors(
1109         self,
1110         cx: &MatchCheckCtxt<'_, 'tcx>,
1111         ty: Ty<'tcx>,
1112         missing_ctors: &MissingConstructors<'tcx>,
1113     ) -> Self {
1114         match self {
1115             UsefulWithWitness(witnesses) => {
1116                 let new_patterns: Vec<_> =
1117                     missing_ctors.iter().map(|ctor| ctor.apply_wildcards(cx, ty)).collect();
1118                 // Add the new patterns to each witness
1119                 UsefulWithWitness(
1120                     witnesses
1121                         .into_iter()
1122                         .flat_map(|witness| {
1123                             new_patterns.iter().map(move |pat| {
1124                                 let mut witness = witness.clone();
1125                                 witness.0.push(pat.clone());
1126                                 witness
1127                             })
1128                         })
1129                         .collect(),
1130                 )
1131             }
1132             x => x,
1133         }
1134     }
1135 }
1136
1137 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
1138 crate enum WitnessPreference {
1139     ConstructWitness,
1140     LeaveOutWitness,
1141 }
1142
1143 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
1144 struct PatCtxt<'tcx> {
1145     ty: Ty<'tcx>,
1146     span: Span,
1147 }
1148
1149 /// A witness of non-exhaustiveness for error reporting, represented
1150 /// as a list of patterns (in reverse order of construction) with
1151 /// wildcards inside to represent elements that can take any inhabitant
1152 /// of the type as a value.
1153 ///
1154 /// A witness against a list of patterns should have the same types
1155 /// and length as the pattern matched against. Because Rust `match`
1156 /// is always against a single pattern, at the end the witness will
1157 /// have length 1, but in the middle of the algorithm, it can contain
1158 /// multiple patterns.
1159 ///
1160 /// For example, if we are constructing a witness for the match against
1161 /// ```
1162 /// struct Pair(Option<(u32, u32)>, bool);
1163 ///
1164 /// match (p: Pair) {
1165 ///    Pair(None, _) => {}
1166 ///    Pair(_, false) => {}
1167 /// }
1168 /// ```
1169 ///
1170 /// We'll perform the following steps:
1171 /// 1. Start with an empty witness
1172 ///     `Witness(vec![])`
1173 /// 2. Push a witness `Some(_)` against the `None`
1174 ///     `Witness(vec![Some(_)])`
1175 /// 3. Push a witness `true` against the `false`
1176 ///     `Witness(vec![Some(_), true])`
1177 /// 4. Apply the `Pair` constructor to the witnesses
1178 ///     `Witness(vec![Pair(Some(_), true)])`
1179 ///
1180 /// The final `Pair(Some(_), true)` is then the resulting witness.
1181 #[derive(Clone, Debug)]
1182 crate struct Witness<'tcx>(Vec<Pat<'tcx>>);
1183
1184 impl<'tcx> Witness<'tcx> {
1185     crate fn single_pattern(self) -> Pat<'tcx> {
1186         assert_eq!(self.0.len(), 1);
1187         self.0.into_iter().next().unwrap()
1188     }
1189
1190     /// Constructs a partial witness for a pattern given a list of
1191     /// patterns expanded by the specialization step.
1192     ///
1193     /// When a pattern P is discovered to be useful, this function is used bottom-up
1194     /// to reconstruct a complete witness, e.g., a pattern P' that covers a subset
1195     /// of values, V, where each value in that set is not covered by any previously
1196     /// used patterns and is covered by the pattern P'. Examples:
1197     ///
1198     /// left_ty: tuple of 3 elements
1199     /// pats: [10, 20, _]           => (10, 20, _)
1200     ///
1201     /// left_ty: struct X { a: (bool, &'static str), b: usize}
1202     /// pats: [(false, "foo"), 42]  => X { a: (false, "foo"), b: 42 }
1203     fn apply_constructor<'a>(
1204         mut self,
1205         cx: &MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1206         ctor: &Constructor<'tcx>,
1207         ty: Ty<'tcx>,
1208     ) -> Self {
1209         let arity = ctor.arity(cx, ty);
1210         let pat = {
1211             let len = self.0.len() as u64;
1212             let pats = self.0.drain((len - arity) as usize..).rev();
1213             ctor.apply(cx, ty, pats)
1214         };
1215
1216         self.0.push(pat);
1217
1218         self
1219     }
1220 }
1221
1222 /// This determines the set of all possible constructors of a pattern matching
1223 /// values of type `left_ty`. For vectors, this would normally be an infinite set
1224 /// but is instead bounded by the maximum fixed length of slice patterns in
1225 /// the column of patterns being analyzed.
1226 ///
1227 /// We make sure to omit constructors that are statically impossible. E.g., for
1228 /// `Option<!>`, we do not include `Some(_)` in the returned list of constructors.
1229 /// Invariant: this returns an empty `Vec` if and only if the type is uninhabited (as determined by
1230 /// `cx.is_uninhabited()`).
1231 fn all_constructors<'a, 'tcx>(
1232     cx: &mut MatchCheckCtxt<'a, 'tcx>,
1233     pcx: PatCtxt<'tcx>,
1234 ) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
1235     debug!("all_constructors({:?})", pcx.ty);
1236     let make_range = |start, end| {
1237         IntRange(
1238             // `unwrap()` is ok because we know the type is an integer.
1239             IntRange::from_range(cx.tcx, start, end, pcx.ty, &RangeEnd::Included, pcx.span)
1240                 .unwrap(),
1241         )
1242     };
1243     match pcx.ty.kind {
1244         ty::Bool => {
1245             [true, false].iter().map(|&b| ConstantValue(ty::Const::from_bool(cx.tcx, b))).collect()
1246         }
1247         ty::Array(ref sub_ty, len) if len.try_eval_usize(cx.tcx, cx.param_env).is_some() => {
1248             let len = len.eval_usize(cx.tcx, cx.param_env);
1249             if len != 0 && cx.is_uninhabited(sub_ty) {
1250                 vec![]
1251             } else {
1252                 vec![Slice(Slice { array_len: Some(len), kind: VarLen(0, 0) })]
1253             }
1254         }
1255         // Treat arrays of a constant but unknown length like slices.
1256         ty::Array(ref sub_ty, _) | ty::Slice(ref sub_ty) => {
1257             let kind = if cx.is_uninhabited(sub_ty) { FixedLen(0) } else { VarLen(0, 0) };
1258             vec![Slice(Slice { array_len: None, kind })]
1259         }
1260         ty::Adt(def, substs) if def.is_enum() => {
1261             let ctors: Vec<_> = if cx.tcx.features().exhaustive_patterns {
1262                 // If `exhaustive_patterns` is enabled, we exclude variants known to be
1263                 // uninhabited.
1264                 def.variants
1265                     .iter()
1266                     .filter(|v| {
1267                         !v.uninhabited_from(cx.tcx, substs, def.adt_kind())
1268                             .contains(cx.tcx, cx.module)
1269                     })
1270                     .map(|v| Variant(v.def_id))
1271                     .collect()
1272             } else {
1273                 def.variants.iter().map(|v| Variant(v.def_id)).collect()
1274             };
1275
1276             // If the enum is declared as `#[non_exhaustive]`, we treat it as if it had an
1277             // additional "unknown" constructor.
1278             // There is no point in enumerating all possible variants, because the user can't
1279             // actually match against them all themselves. So we always return only the fictitious
1280             // constructor.
1281             // E.g., in an example like:
1282             // ```
1283             //     let err: io::ErrorKind = ...;
1284             //     match err {
1285             //         io::ErrorKind::NotFound => {},
1286             //     }
1287             // ```
1288             // we don't want to show every possible IO error, but instead have only `_` as the
1289             // witness.
1290             let is_declared_nonexhaustive = cx.is_foreign_non_exhaustive_enum(pcx.ty);
1291
1292             // If `exhaustive_patterns` is disabled and our scrutinee is an empty enum, we treat it
1293             // as though it had an "unknown" constructor to avoid exposing its emptyness. Note that
1294             // an empty match will still be considered exhaustive because that case is handled
1295             // separately in `check_match`.
1296             let is_secretly_empty =
1297                 def.variants.is_empty() && !cx.tcx.features().exhaustive_patterns;
1298
1299             if is_secretly_empty || is_declared_nonexhaustive { vec![NonExhaustive] } else { ctors }
1300         }
1301         ty::Char => {
1302             vec![
1303                 // The valid Unicode Scalar Value ranges.
1304                 make_range('\u{0000}' as u128, '\u{D7FF}' as u128),
1305                 make_range('\u{E000}' as u128, '\u{10FFFF}' as u128),
1306             ]
1307         }
1308         ty::Int(_) | ty::Uint(_)
1309             if pcx.ty.is_ptr_sized_integral()
1310                 && !cx.tcx.features().precise_pointer_size_matching =>
1311         {
1312             // `usize`/`isize` are not allowed to be matched exhaustively unless the
1313             // `precise_pointer_size_matching` feature is enabled. So we treat those types like
1314             // `#[non_exhaustive]` enums by returning a special unmatcheable constructor.
1315             vec![NonExhaustive]
1316         }
1317         ty::Int(ity) => {
1318             let bits = Integer::from_attr(&cx.tcx, SignedInt(ity)).size().bits() as u128;
1319             let min = 1u128 << (bits - 1);
1320             let max = min - 1;
1321             vec![make_range(min, max)]
1322         }
1323         ty::Uint(uty) => {
1324             let size = Integer::from_attr(&cx.tcx, UnsignedInt(uty)).size();
1325             let max = truncate(u128::max_value(), size);
1326             vec![make_range(0, max)]
1327         }
1328         _ => {
1329             if cx.is_uninhabited(pcx.ty) {
1330                 vec![]
1331             } else {
1332                 vec![Single]
1333             }
1334         }
1335     }
1336 }
1337
1338 /// An inclusive interval, used for precise integer exhaustiveness checking.
1339 /// `IntRange`s always store a contiguous range. This means that values are
1340 /// encoded such that `0` encodes the minimum value for the integer,
1341 /// regardless of the signedness.
1342 /// For example, the pattern `-128..=127i8` is encoded as `0..=255`.
1343 /// This makes comparisons and arithmetic on interval endpoints much more
1344 /// straightforward. See `signed_bias` for details.
1345 ///
1346 /// `IntRange` is never used to encode an empty range or a "range" that wraps
1347 /// around the (offset) space: i.e., `range.lo <= range.hi`.
1348 #[derive(Clone, Debug)]
1349 struct IntRange<'tcx> {
1350     range: RangeInclusive<u128>,
1351     ty: Ty<'tcx>,
1352     span: Span,
1353 }
1354
1355 impl<'tcx> IntRange<'tcx> {
1356     #[inline]
1357     fn is_integral(ty: Ty<'_>) -> bool {
1358         match ty.kind {
1359             ty::Char | ty::Int(_) | ty::Uint(_) => true,
1360             _ => false,
1361         }
1362     }
1363
1364     fn is_singleton(&self) -> bool {
1365         self.range.start() == self.range.end()
1366     }
1367
1368     fn boundaries(&self) -> (u128, u128) {
1369         (*self.range.start(), *self.range.end())
1370     }
1371
1372     /// Don't treat `usize`/`isize` exhaustively unless the `precise_pointer_size_matching` feature
1373     /// is enabled.
1374     fn treat_exhaustively(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>) -> bool {
1375         !self.ty.is_ptr_sized_integral() || tcx.features().precise_pointer_size_matching
1376     }
1377
1378     #[inline]
1379     fn integral_size_and_signed_bias(tcx: TyCtxt<'tcx>, ty: Ty<'_>) -> Option<(Size, u128)> {
1380         match ty.kind {
1381             ty::Char => Some((Size::from_bytes(4), 0)),
1382             ty::Int(ity) => {
1383                 let size = Integer::from_attr(&tcx, SignedInt(ity)).size();
1384                 Some((size, 1u128 << (size.bits() as u128 - 1)))
1385             }
1386             ty::Uint(uty) => Some((Integer::from_attr(&tcx, UnsignedInt(uty)).size(), 0)),
1387             _ => None,
1388         }
1389     }
1390
1391     #[inline]
1392     fn from_const(
1393         tcx: TyCtxt<'tcx>,
1394         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1395         value: &Const<'tcx>,
1396         span: Span,
1397     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
1398         if let Some((target_size, bias)) = Self::integral_size_and_signed_bias(tcx, value.ty) {
1399             let ty = value.ty;
1400             let val = if let ty::ConstKind::Value(ConstValue::Scalar(Scalar::Raw { data, size })) =
1401                 value.val
1402             {
1403                 // For this specific pattern we can skip a lot of effort and go
1404                 // straight to the result, after doing a bit of checking. (We
1405                 // could remove this branch and just use the next branch, which
1406                 // is more general but much slower.)
1407                 Scalar::<()>::check_raw(data, size, target_size);
1408                 data
1409             } else if let Some(val) = value.try_eval_bits(tcx, param_env, ty) {
1410                 // This is a more general form of the previous branch.
1411                 val
1412             } else {
1413                 return None;
1414             };
1415             let val = val ^ bias;
1416             Some(IntRange { range: val..=val, ty, span })
1417         } else {
1418             None
1419         }
1420     }
1421
1422     #[inline]
1423     fn from_range(
1424         tcx: TyCtxt<'tcx>,
1425         lo: u128,
1426         hi: u128,
1427         ty: Ty<'tcx>,
1428         end: &RangeEnd,
1429         span: Span,
1430     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
1431         if Self::is_integral(ty) {
1432             // Perform a shift if the underlying types are signed,
1433             // which makes the interval arithmetic simpler.
1434             let bias = IntRange::signed_bias(tcx, ty);
1435             let (lo, hi) = (lo ^ bias, hi ^ bias);
1436             let offset = (*end == RangeEnd::Excluded) as u128;
1437             if lo > hi || (lo == hi && *end == RangeEnd::Excluded) {
1438                 // This should have been caught earlier by E0030.
1439                 bug!("malformed range pattern: {}..={}", lo, (hi - offset));
1440             }
1441             Some(IntRange { range: lo..=(hi - offset), ty, span })
1442         } else {
1443             None
1444         }
1445     }
1446
1447     fn from_pat(
1448         tcx: TyCtxt<'tcx>,
1449         param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1450         pat: &Pat<'tcx>,
1451     ) -> Option<IntRange<'tcx>> {
1452         match pat_constructor(tcx, param_env, pat)? {
1453             IntRange(range) => Some(range),
1454             _ => None,
1455         }
1456     }
1457
1458     // The return value of `signed_bias` should be XORed with an endpoint to encode/decode it.
1459     fn signed_bias(tcx: TyCtxt<'tcx>, ty: Ty<'tcx>) -> u128 {
1460         match ty.kind {
1461             ty::Int(ity) => {
1462                 let bits = Integer::from_attr(&tcx, SignedInt(ity)).size().bits() as u128;
1463                 1u128 << (bits - 1)
1464             }
1465             _ => 0,
1466         }
1467     }
1468
1469     /// Returns a collection of ranges that spans the values covered by `ranges`, subtracted
1470     /// by the values covered by `self`: i.e., `ranges \ self` (in set notation).
1471     fn subtract_from(&self, ranges: Vec<IntRange<'tcx>>) -> Vec<IntRange<'tcx>> {
1472         let mut remaining_ranges = vec![];
1473         let ty = self.ty;
1474         let span = self.span;
1475         let (lo, hi) = self.boundaries();
1476         for subrange in ranges {
1477             let (subrange_lo, subrange_hi) = subrange.range.into_inner();
1478             if lo > subrange_hi || subrange_lo > hi {
1479                 // The pattern doesn't intersect with the subrange at all,
1480                 // so the subrange remains untouched.
1481                 remaining_ranges.push(IntRange { range: subrange_lo..=subrange_hi, ty, span });
1482             } else {
1483                 if lo > subrange_lo {
1484                     // The pattern intersects an upper section of the
1485                     // subrange, so a lower section will remain.
1486                     remaining_ranges.push(IntRange { range: subrange_lo..=(lo - 1), ty, span });
1487                 }
1488                 if hi < subrange_hi {
1489                     // The pattern intersects a lower section of the
1490                     // subrange, so an upper section will remain.
1491                     remaining_ranges.push(IntRange { range: (hi + 1)..=subrange_hi, ty, span });
1492                 }
1493             }
1494         }
1495         remaining_ranges
1496     }
1497
1498     fn is_subrange(&self, other: &Self) -> bool {
1499         other.range.start() <= self.range.start() && self.range.end() <= other.range.end()
1500     }
1501
1502     fn intersection(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>, other: &Self) -> Option<Self> {
1503         let ty = self.ty;
1504         let (lo, hi) = self.boundaries();
1505         let (other_lo, other_hi) = other.boundaries();
1506         if self.treat_exhaustively(tcx) {
1507             if lo <= other_hi && other_lo <= hi {
1508                 let span = other.span;
1509                 Some(IntRange { range: max(lo, other_lo)..=min(hi, other_hi), ty, span })
1510             } else {
1511                 None
1512             }
1513         } else {
1514             // If the range should not be treated exhaustively, fallback to checking for inclusion.
1515             if self.is_subrange(other) { Some(self.clone()) } else { None }
1516         }
1517     }
1518
1519     fn suspicious_intersection(&self, other: &Self) -> bool {
1520         // `false` in the following cases:
1521         // 1     ----      // 1  ----------   // 1 ----        // 1       ----
1522         // 2  ----------   // 2     ----      // 2       ----  // 2 ----
1523         //
1524         // The following are currently `false`, but could be `true` in the future (#64007):
1525         // 1 ---------       // 1     ---------
1526         // 2     ----------  // 2 ----------
1527         //
1528         // `true` in the following cases:
1529         // 1 -------          // 1       -------
1530         // 2       --------   // 2 -------
1531         let (lo, hi) = self.boundaries();
1532         let (other_lo, other_hi) = other.boundaries();
1533         (lo == other_hi || hi == other_lo)
1534     }
1535
1536     fn to_pat(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>) -> Pat<'tcx> {
1537         let (lo, hi) = self.boundaries();
1538
1539         let bias = IntRange::signed_bias(tcx, self.ty);
1540         let (lo, hi) = (lo ^ bias, hi ^ bias);
1541
1542         let ty = ty::ParamEnv::empty().and(self.ty);
1543         let lo_const = ty::Const::from_bits(tcx, lo, ty);
1544         let hi_const = ty::Const::from_bits(tcx, hi, ty);
1545
1546         let kind = if lo == hi {
1547             PatKind::Constant { value: lo_const }
1548         } else {
1549             PatKind::Range(PatRange { lo: lo_const, hi: hi_const, end: RangeEnd::Included })
1550         };
1551
1552         // This is a brand new pattern, so we don't reuse `self.span`.
1553         Pat { ty: self.ty, span: DUMMY_SP, kind: Box::new(kind) }
1554     }
1555 }
1556
1557 /// Ignore spans when comparing, they don't carry semantic information as they are only for lints.
1558 impl<'tcx> std::cmp::PartialEq for IntRange<'tcx> {
1559     fn eq(&self, other: &Self) -> bool {
1560         self.range == other.range && self.ty == other.ty
1561     }
1562 }
1563
1564 // A struct to compute a set of constructors equivalent to `all_ctors \ used_ctors`.
1565 struct MissingConstructors<'tcx> {
1566     all_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>,
1567     used_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>,
1568 }
1569
1570 impl<'tcx> MissingConstructors<'tcx> {
1571     fn new(all_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>, used_ctors: Vec<Constructor<'tcx>>) -> Self {
1572         MissingConstructors { all_ctors, used_ctors }
1573     }
1574
1575     fn into_inner(self) -> (Vec<Constructor<'tcx>>, Vec<Constructor<'tcx>>) {
1576         (self.all_ctors, self.used_ctors)
1577     }
1578
1579     fn is_empty(&self) -> bool {
1580         self.iter().next().is_none()
1581     }
1582     /// Whether this contains all the constructors for the given type or only a
1583     /// subset.
1584     fn all_ctors_are_missing(&self) -> bool {
1585         self.used_ctors.is_empty()
1586     }
1587
1588     /// Iterate over all_ctors \ used_ctors
1589     fn iter<'a>(&'a self) -> impl Iterator<Item = Constructor<'tcx>> + Captures<'a> {
1590         self.all_ctors.iter().flat_map(move |req_ctor| req_ctor.subtract_ctors(&self.used_ctors))
1591     }
1592 }
1593
1594 impl<'tcx> fmt::Debug for MissingConstructors<'tcx> {
1595     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1596         let ctors: Vec<_> = self.iter().collect();
1597         write!(f, "{:?}", ctors)
1598     }
1599 }
1600
1601 /// Algorithm from http://moscova.inria.fr/~maranget/papers/warn/index.html.
1602 /// The algorithm from the paper has been modified to correctly handle empty
1603 /// types. The changes are:
1604 ///   (0) We don't exit early if the pattern matrix has zero rows. We just
1605 ///       continue to recurse over columns.
1606 ///   (1) all_constructors will only return constructors that are statically
1607 ///       possible. E.g., it will only return `Ok` for `Result<T, !>`.
1608 ///
1609 /// This finds whether a (row) vector `v` of patterns is 'useful' in relation
1610 /// to a set of such vectors `m` - this is defined as there being a set of
1611 /// inputs that will match `v` but not any of the sets in `m`.
1612 ///
1613 /// All the patterns at each column of the `matrix ++ v` matrix must
1614 /// have the same type, except that wildcard (PatKind::Wild) patterns
1615 /// with type `TyErr` are also allowed, even if the "type of the column"
1616 /// is not `TyErr`. That is used to represent private fields, as using their
1617 /// real type would assert that they are inhabited.
1618 ///
1619 /// This is used both for reachability checking (if a pattern isn't useful in
1620 /// relation to preceding patterns, it is not reachable) and exhaustiveness
1621 /// checking (if a wildcard pattern is useful in relation to a matrix, the
1622 /// matrix isn't exhaustive).
1623 crate fn is_useful<'p, 'tcx>(
1624     cx: &mut MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1625     matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
1626     v: &PatStack<'p, 'tcx>,
1627     witness_preference: WitnessPreference,
1628     hir_id: HirId,
1629     is_top_level: bool,
1630 ) -> Usefulness<'tcx, 'p> {
1631     let &Matrix(ref rows) = matrix;
1632     debug!("is_useful({:#?}, {:#?})", matrix, v);
1633
1634     // The base case. We are pattern-matching on () and the return value is
1635     // based on whether our matrix has a row or not.
1636     // NOTE: This could potentially be optimized by checking rows.is_empty()
1637     // first and then, if v is non-empty, the return value is based on whether
1638     // the type of the tuple we're checking is inhabited or not.
1639     if v.is_empty() {
1640         return if rows.is_empty() {
1641             Usefulness::new_useful(witness_preference)
1642         } else {
1643             NotUseful
1644         };
1645     };
1646
1647     assert!(rows.iter().all(|r| r.len() == v.len()));
1648
1649     // If the first pattern is an or-pattern, expand it.
1650     if let Some(vs) = v.expand_or_pat() {
1651         // We need to push the already-seen patterns into the matrix in order to detect redundant
1652         // branches like `Some(_) | Some(0)`. We also keep track of the unreachable subpatterns.
1653         let mut matrix = matrix.clone();
1654         let mut unreachable_pats = Vec::new();
1655         let mut any_is_useful = false;
1656         for v in vs {
1657             let res = is_useful(cx, &matrix, &v, witness_preference, hir_id, false);
1658             match res {
1659                 Useful(pats) => {
1660                     any_is_useful = true;
1661                     unreachable_pats.extend(pats);
1662                 }
1663                 NotUseful => unreachable_pats.push(v.head()),
1664                 UsefulWithWitness(_) => {
1665                     bug!("Encountered or-pat in `v` during exhaustiveness checking")
1666                 }
1667             }
1668             matrix.push(v);
1669         }
1670         return if any_is_useful { Useful(unreachable_pats) } else { NotUseful };
1671     }
1672
1673     let (ty, span) = matrix
1674         .heads()
1675         .map(|r| (r.ty, r.span))
1676         .find(|(ty, _)| !ty.references_error())
1677         .unwrap_or((v.head().ty, v.head().span));
1678     let pcx = PatCtxt {
1679         // TyErr is used to represent the type of wildcard patterns matching
1680         // against inaccessible (private) fields of structs, so that we won't
1681         // be able to observe whether the types of the struct's fields are
1682         // inhabited.
1683         //
1684         // If the field is truly inaccessible, then all the patterns
1685         // matching against it must be wildcard patterns, so its type
1686         // does not matter.
1687         //
1688         // However, if we are matching against non-wildcard patterns, we
1689         // need to know the real type of the field so we can specialize
1690         // against it. This primarily occurs through constants - they
1691         // can include contents for fields that are inaccessible at the
1692         // location of the match. In that case, the field's type is
1693         // inhabited - by the constant - so we can just use it.
1694         //
1695         // FIXME: this might lead to "unstable" behavior with macro hygiene
1696         // introducing uninhabited patterns for inaccessible fields. We
1697         // need to figure out how to model that.
1698         ty,
1699         span,
1700     };
1701
1702     debug!("is_useful_expand_first_col: pcx={:#?}, expanding {:#?}", pcx, v.head());
1703
1704     if let Some(constructor) = pat_constructor(cx.tcx, cx.param_env, v.head()) {
1705         debug!("is_useful - expanding constructor: {:#?}", constructor);
1706         split_grouped_constructors(
1707             cx.tcx,
1708             cx.param_env,
1709             pcx,
1710             vec![constructor],
1711             matrix,
1712             pcx.span,
1713             Some(hir_id),
1714         )
1715         .into_iter()
1716         .map(|c| is_useful_specialized(cx, matrix, v, c, pcx.ty, witness_preference, hir_id))
1717         .find(|result| result.is_useful())
1718         .unwrap_or(NotUseful)
1719     } else {
1720         debug!("is_useful - expanding wildcard");
1721
1722         let used_ctors: Vec<Constructor<'_>> =
1723             matrix.heads().filter_map(|p| pat_constructor(cx.tcx, cx.param_env, p)).collect();
1724         debug!("used_ctors = {:#?}", used_ctors);
1725         // `all_ctors` are all the constructors for the given type, which
1726         // should all be represented (or caught with the wild pattern `_`).
1727         let all_ctors = all_constructors(cx, pcx);
1728         debug!("all_ctors = {:#?}", all_ctors);
1729
1730         // `missing_ctors` is the set of constructors from the same type as the
1731         // first column of `matrix` that are matched only by wildcard patterns
1732         // from the first column.
1733         //
1734         // Therefore, if there is some pattern that is unmatched by `matrix`,
1735         // it will still be unmatched if the first constructor is replaced by
1736         // any of the constructors in `missing_ctors`
1737
1738         // Missing constructors are those that are not matched by any non-wildcard patterns in the
1739         // current column. We only fully construct them on-demand, because they're rarely used and
1740         // can be big.
1741         let missing_ctors = MissingConstructors::new(all_ctors, used_ctors);
1742
1743         debug!("missing_ctors.empty()={:#?}", missing_ctors.is_empty(),);
1744
1745         if missing_ctors.is_empty() {
1746             let (all_ctors, _) = missing_ctors.into_inner();
1747             split_grouped_constructors(cx.tcx, cx.param_env, pcx, all_ctors, matrix, DUMMY_SP, None)
1748                 .into_iter()
1749                 .map(|c| {
1750                     is_useful_specialized(cx, matrix, v, c, pcx.ty, witness_preference, hir_id)
1751                 })
1752                 .find(|result| result.is_useful())
1753                 .unwrap_or(NotUseful)
1754         } else {
1755             let matrix = matrix.specialize_wildcard();
1756             let v = v.to_tail();
1757             let usefulness = is_useful(cx, &matrix, &v, witness_preference, hir_id, false);
1758
1759             // In this case, there's at least one "free"
1760             // constructor that is only matched against by
1761             // wildcard patterns.
1762             //
1763             // There are 2 ways we can report a witness here.
1764             // Commonly, we can report all the "free"
1765             // constructors as witnesses, e.g., if we have:
1766             //
1767             // ```
1768             //     enum Direction { N, S, E, W }
1769             //     let Direction::N = ...;
1770             // ```
1771             //
1772             // we can report 3 witnesses: `S`, `E`, and `W`.
1773             //
1774             // However, there is a case where we don't want
1775             // to do this and instead report a single `_` witness:
1776             // if the user didn't actually specify a constructor
1777             // in this arm, e.g., in
1778             // ```
1779             //     let x: (Direction, Direction, bool) = ...;
1780             //     let (_, _, false) = x;
1781             // ```
1782             // we don't want to show all 16 possible witnesses
1783             // `(<direction-1>, <direction-2>, true)` - we are
1784             // satisfied with `(_, _, true)`. In this case,
1785             // `used_ctors` is empty.
1786             // The exception is: if we are at the top-level, for example in an empty match, we
1787             // sometimes prefer reporting the list of constructors instead of just `_`.
1788             let report_ctors_rather_than_wildcard = is_top_level && !IntRange::is_integral(pcx.ty);
1789             if missing_ctors.all_ctors_are_missing() && !report_ctors_rather_than_wildcard {
1790                 // All constructors are unused. Add a wild pattern
1791                 // rather than each individual constructor.
1792                 usefulness.apply_wildcard(pcx.ty)
1793             } else {
1794                 // Construct for each missing constructor a "wild" version of this
1795                 // constructor, that matches everything that can be built with
1796                 // it. For example, if `ctor` is a `Constructor::Variant` for
1797                 // `Option::Some`, we get the pattern `Some(_)`.
1798                 usefulness.apply_missing_ctors(cx, pcx.ty, &missing_ctors)
1799             }
1800         }
1801     }
1802 }
1803
1804 /// A shorthand for the `U(S(c, P), S(c, q))` operation from the paper. I.e., `is_useful` applied
1805 /// to the specialised version of both the pattern matrix `P` and the new pattern `q`.
1806 fn is_useful_specialized<'p, 'tcx>(
1807     cx: &mut MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
1808     matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
1809     v: &PatStack<'p, 'tcx>,
1810     ctor: Constructor<'tcx>,
1811     lty: Ty<'tcx>,
1812     witness_preference: WitnessPreference,
1813     hir_id: HirId,
1814 ) -> Usefulness<'tcx, 'p> {
1815     debug!("is_useful_specialized({:#?}, {:#?}, {:?})", v, ctor, lty);
1816
1817     let ctor_wild_subpatterns =
1818         cx.pattern_arena.alloc_from_iter(ctor.wildcard_subpatterns(cx, lty));
1819     let matrix = matrix.specialize_constructor(cx, &ctor, ctor_wild_subpatterns);
1820     v.specialize_constructor(cx, &ctor, ctor_wild_subpatterns)
1821         .map(|v| is_useful(cx, &matrix, &v, witness_preference, hir_id, false))
1822         .map(|u| u.apply_constructor(cx, &ctor, lty))
1823         .unwrap_or(NotUseful)
1824 }
1825
1826 /// Determines the constructor that the given pattern can be specialized to.
1827 /// Returns `None` in case of a catch-all, which can't be specialized.
1828 fn pat_constructor<'tcx>(
1829     tcx: TyCtxt<'tcx>,
1830     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1831     pat: &Pat<'tcx>,
1832 ) -> Option<Constructor<'tcx>> {
1833     match *pat.kind {
1834         PatKind::AscribeUserType { .. } => bug!(), // Handled by `expand_pattern`
1835         PatKind::Binding { .. } | PatKind::Wild => None,
1836         PatKind::Leaf { .. } | PatKind::Deref { .. } => Some(Single),
1837         PatKind::Variant { adt_def, variant_index, .. } => {
1838             Some(Variant(adt_def.variants[variant_index].def_id))
1839         }
1840         PatKind::Constant { value } => {
1841             if let Some(int_range) = IntRange::from_const(tcx, param_env, value, pat.span) {
1842                 Some(IntRange(int_range))
1843             } else {
1844                 match (value.val, &value.ty.kind) {
1845                     (_, ty::Array(_, n)) => {
1846                         let len = n.eval_usize(tcx, param_env);
1847                         Some(Slice(Slice { array_len: Some(len), kind: FixedLen(len) }))
1848                     }
1849                     (ty::ConstKind::Value(ConstValue::Slice { start, end, .. }), ty::Slice(_)) => {
1850                         let len = (end - start) as u64;
1851                         Some(Slice(Slice { array_len: None, kind: FixedLen(len) }))
1852                     }
1853                     // FIXME(oli-obk): implement `deref` for `ConstValue`
1854                     // (ty::ConstKind::Value(ConstValue::ByRef { .. }), ty::Slice(_)) => { ... }
1855                     _ => Some(ConstantValue(value)),
1856                 }
1857             }
1858         }
1859         PatKind::Range(PatRange { lo, hi, end }) => {
1860             let ty = lo.ty;
1861             if let Some(int_range) = IntRange::from_range(
1862                 tcx,
1863                 lo.eval_bits(tcx, param_env, lo.ty),
1864                 hi.eval_bits(tcx, param_env, hi.ty),
1865                 ty,
1866                 &end,
1867                 pat.span,
1868             ) {
1869                 Some(IntRange(int_range))
1870             } else {
1871                 Some(FloatRange(lo, hi, end))
1872             }
1873         }
1874         PatKind::Array { ref prefix, ref slice, ref suffix }
1875         | PatKind::Slice { ref prefix, ref slice, ref suffix } => {
1876             let array_len = match pat.ty.kind {
1877                 ty::Array(_, length) => Some(length.eval_usize(tcx, param_env)),
1878                 ty::Slice(_) => None,
1879                 _ => span_bug!(pat.span, "bad ty {:?} for slice pattern", pat.ty),
1880             };
1881             let prefix = prefix.len() as u64;
1882             let suffix = suffix.len() as u64;
1883             let kind =
1884                 if slice.is_some() { VarLen(prefix, suffix) } else { FixedLen(prefix + suffix) };
1885             Some(Slice(Slice { array_len, kind }))
1886         }
1887         PatKind::Or { .. } => bug!("Or-pattern should have been expanded earlier on."),
1888     }
1889 }
1890
1891 // checks whether a constant is equal to a user-written slice pattern. Only supports byte slices,
1892 // meaning all other types will compare unequal and thus equal patterns often do not cause the
1893 // second pattern to lint about unreachable match arms.
1894 fn slice_pat_covered_by_const<'tcx>(
1895     tcx: TyCtxt<'tcx>,
1896     _span: Span,
1897     const_val: &'tcx ty::Const<'tcx>,
1898     prefix: &[Pat<'tcx>],
1899     slice: &Option<Pat<'tcx>>,
1900     suffix: &[Pat<'tcx>],
1901     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
1902 ) -> Result<bool, ErrorReported> {
1903     let const_val_val = if let ty::ConstKind::Value(val) = const_val.val {
1904         val
1905     } else {
1906         bug!(
1907             "slice_pat_covered_by_const: {:#?}, {:#?}, {:#?}, {:#?}",
1908             const_val,
1909             prefix,
1910             slice,
1911             suffix,
1912         )
1913     };
1914
1915     let data: &[u8] = match (const_val_val, &const_val.ty.kind) {
1916         (ConstValue::ByRef { offset, alloc, .. }, ty::Array(t, n)) => {
1917             assert_eq!(*t, tcx.types.u8);
1918             let n = n.eval_usize(tcx, param_env);
1919             let ptr = Pointer::new(AllocId(0), offset);
1920             alloc.get_bytes(&tcx, ptr, Size::from_bytes(n)).unwrap()
1921         }
1922         (ConstValue::Slice { data, start, end }, ty::Slice(t)) => {
1923             assert_eq!(*t, tcx.types.u8);
1924             let ptr = Pointer::new(AllocId(0), Size::from_bytes(start as u64));
1925             data.get_bytes(&tcx, ptr, Size::from_bytes((end - start) as u64)).unwrap()
1926         }
1927         // FIXME(oli-obk): create a way to extract fat pointers from ByRef
1928         (_, ty::Slice(_)) => return Ok(false),
1929         _ => bug!(
1930             "slice_pat_covered_by_const: {:#?}, {:#?}, {:#?}, {:#?}",
1931             const_val,
1932             prefix,
1933             slice,
1934             suffix,
1935         ),
1936     };
1937
1938     let pat_len = prefix.len() + suffix.len();
1939     if data.len() < pat_len || (slice.is_none() && data.len() > pat_len) {
1940         return Ok(false);
1941     }
1942
1943     for (ch, pat) in data[..prefix.len()]
1944         .iter()
1945         .zip(prefix)
1946         .chain(data[data.len() - suffix.len()..].iter().zip(suffix))
1947     {
1948         match pat.kind {
1949             box PatKind::Constant { value } => {
1950                 let b = value.eval_bits(tcx, param_env, pat.ty);
1951                 assert_eq!(b as u8 as u128, b);
1952                 if b as u8 != *ch {
1953                     return Ok(false);
1954                 }
1955             }
1956             _ => {}
1957         }
1958     }
1959
1960     Ok(true)
1961 }
1962
1963 /// For exhaustive integer matching, some constructors are grouped within other constructors
1964 /// (namely integer typed values are grouped within ranges). However, when specialising these
1965 /// constructors, we want to be specialising for the underlying constructors (the integers), not
1966 /// the groups (the ranges). Thus we need to split the groups up. Splitting them up naïvely would
1967 /// mean creating a separate constructor for every single value in the range, which is clearly
1968 /// impractical. However, observe that for some ranges of integers, the specialisation will be
1969 /// identical across all values in that range (i.e., there are equivalence classes of ranges of
1970 /// constructors based on their `is_useful_specialized` outcome). These classes are grouped by
1971 /// the patterns that apply to them (in the matrix `P`). We can split the range whenever the
1972 /// patterns that apply to that range (specifically: the patterns that *intersect* with that range)
1973 /// change.
1974 /// Our solution, therefore, is to split the range constructor into subranges at every single point
1975 /// the group of intersecting patterns changes (using the method described below).
1976 /// And voilà! We're testing precisely those ranges that we need to, without any exhaustive matching
1977 /// on actual integers. The nice thing about this is that the number of subranges is linear in the
1978 /// number of rows in the matrix (i.e., the number of cases in the `match` statement), so we don't
1979 /// need to be worried about matching over gargantuan ranges.
1980 ///
1981 /// Essentially, given the first column of a matrix representing ranges, looking like the following:
1982 ///
1983 /// |------|  |----------| |-------|    ||
1984 ///    |-------| |-------|            |----| ||
1985 ///       |---------|
1986 ///
1987 /// We split the ranges up into equivalence classes so the ranges are no longer overlapping:
1988 ///
1989 /// |--|--|||-||||--||---|||-------|  |-|||| ||
1990 ///
1991 /// The logic for determining how to split the ranges is fairly straightforward: we calculate
1992 /// boundaries for each interval range, sort them, then create constructors for each new interval
1993 /// between every pair of boundary points. (This essentially sums up to performing the intuitive
1994 /// merging operation depicted above.)
1995 ///
1996 /// `hir_id` is `None` when we're evaluating the wildcard pattern, do not lint for overlapping in
1997 /// ranges that case.
1998 ///
1999 /// This also splits variable-length slices into fixed-length slices.
2000 fn split_grouped_constructors<'p, 'tcx>(
2001     tcx: TyCtxt<'tcx>,
2002     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
2003     pcx: PatCtxt<'tcx>,
2004     ctors: Vec<Constructor<'tcx>>,
2005     matrix: &Matrix<'p, 'tcx>,
2006     span: Span,
2007     hir_id: Option<HirId>,
2008 ) -> Vec<Constructor<'tcx>> {
2009     let ty = pcx.ty;
2010     let mut split_ctors = Vec::with_capacity(ctors.len());
2011     debug!("split_grouped_constructors({:#?}, {:#?})", matrix, ctors);
2012
2013     for ctor in ctors.into_iter() {
2014         match ctor {
2015             IntRange(ctor_range) if ctor_range.treat_exhaustively(tcx) => {
2016                 // Fast-track if the range is trivial. In particular, don't do the overlapping
2017                 // ranges check.
2018                 if ctor_range.is_singleton() {
2019                     split_ctors.push(IntRange(ctor_range));
2020                     continue;
2021                 }
2022
2023                 /// Represents a border between 2 integers. Because the intervals spanning borders
2024                 /// must be able to cover every integer, we need to be able to represent
2025                 /// 2^128 + 1 such borders.
2026                 #[derive(Clone, Copy, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Debug)]
2027                 enum Border {
2028                     JustBefore(u128),
2029                     AfterMax,
2030                 }
2031
2032                 // A function for extracting the borders of an integer interval.
2033                 fn range_borders(r: IntRange<'_>) -> impl Iterator<Item = Border> {
2034                     let (lo, hi) = r.range.into_inner();
2035                     let from = Border::JustBefore(lo);
2036                     let to = match hi.checked_add(1) {
2037                         Some(m) => Border::JustBefore(m),
2038                         None => Border::AfterMax,
2039                     };
2040                     vec![from, to].into_iter()
2041                 }
2042
2043                 // Collect the span and range of all the intersecting ranges to lint on likely
2044                 // incorrect range patterns. (#63987)
2045                 let mut overlaps = vec![];
2046                 // `borders` is the set of borders between equivalence classes: each equivalence
2047                 // class lies between 2 borders.
2048                 let row_borders = matrix
2049                     .0
2050                     .iter()
2051                     .flat_map(|row| {
2052                         IntRange::from_pat(tcx, param_env, row.head()).map(|r| (r, row.len()))
2053                     })
2054                     .flat_map(|(range, row_len)| {
2055                         let intersection = ctor_range.intersection(tcx, &range);
2056                         let should_lint = ctor_range.suspicious_intersection(&range);
2057                         if let (Some(range), 1, true) = (&intersection, row_len, should_lint) {
2058                             // FIXME: for now, only check for overlapping ranges on simple range
2059                             // patterns. Otherwise with the current logic the following is detected
2060                             // as overlapping:
2061                             //   match (10u8, true) {
2062                             //    (0 ..= 125, false) => {}
2063                             //    (126 ..= 255, false) => {}
2064                             //    (0 ..= 255, true) => {}
2065                             //  }
2066                             overlaps.push(range.clone());
2067                         }
2068                         intersection
2069                     })
2070                     .flat_map(|range| range_borders(range));
2071                 let ctor_borders = range_borders(ctor_range.clone());
2072                 let mut borders: Vec<_> = row_borders.chain(ctor_borders).collect();
2073                 borders.sort_unstable();
2074
2075                 lint_overlapping_patterns(tcx, hir_id, ctor_range, ty, overlaps);
2076
2077                 // We're going to iterate through every adjacent pair of borders, making sure that
2078                 // each represents an interval of nonnegative length, and convert each such
2079                 // interval into a constructor.
2080                 split_ctors.extend(
2081                     borders
2082                         .windows(2)
2083                         .filter_map(|window| match (window[0], window[1]) {
2084                             (Border::JustBefore(n), Border::JustBefore(m)) => {
2085                                 if n < m {
2086                                     Some(IntRange { range: n..=(m - 1), ty, span })
2087                                 } else {
2088                                     None
2089                                 }
2090                             }
2091                             (Border::JustBefore(n), Border::AfterMax) => {
2092                                 Some(IntRange { range: n..=u128::MAX, ty, span })
2093                             }
2094                             (Border::AfterMax, _) => None,
2095                         })
2096                         .map(IntRange),
2097                 );
2098             }
2099             Slice(Slice { array_len, kind: VarLen(self_prefix, self_suffix) }) => {
2100                 // The exhaustiveness-checking paper does not include any details on
2101                 // checking variable-length slice patterns. However, they are matched
2102                 // by an infinite collection of fixed-length array patterns.
2103                 //
2104                 // Checking the infinite set directly would take an infinite amount
2105                 // of time. However, it turns out that for each finite set of
2106                 // patterns `P`, all sufficiently large array lengths are equivalent:
2107                 //
2108                 // Each slice `s` with a "sufficiently-large" length `l ≥ L` that applies
2109                 // to exactly the subset `Pₜ` of `P` can be transformed to a slice
2110                 // `sₘ` for each sufficiently-large length `m` that applies to exactly
2111                 // the same subset of `P`.
2112                 //
2113                 // Because of that, each witness for reachability-checking from one
2114                 // of the sufficiently-large lengths can be transformed to an
2115                 // equally-valid witness from any other length, so we only have
2116                 // to check slice lengths from the "minimal sufficiently-large length"
2117                 // and below.
2118                 //
2119                 // Note that the fact that there is a *single* `sₘ` for each `m`
2120                 // not depending on the specific pattern in `P` is important: if
2121                 // you look at the pair of patterns
2122                 //     `[true, ..]`
2123                 //     `[.., false]`
2124                 // Then any slice of length ≥1 that matches one of these two
2125                 // patterns can be trivially turned to a slice of any
2126                 // other length ≥1 that matches them and vice-versa - for
2127                 // but the slice from length 2 `[false, true]` that matches neither
2128                 // of these patterns can't be turned to a slice from length 1 that
2129                 // matches neither of these patterns, so we have to consider
2130                 // slices from length 2 there.
2131                 //
2132                 // Now, to see that that length exists and find it, observe that slice
2133                 // patterns are either "fixed-length" patterns (`[_, _, _]`) or
2134                 // "variable-length" patterns (`[_, .., _]`).
2135                 //
2136                 // For fixed-length patterns, all slices with lengths *longer* than
2137                 // the pattern's length have the same outcome (of not matching), so
2138                 // as long as `L` is greater than the pattern's length we can pick
2139                 // any `sₘ` from that length and get the same result.
2140                 //
2141                 // For variable-length patterns, the situation is more complicated,
2142                 // because as seen above the precise value of `sₘ` matters.
2143                 //
2144                 // However, for each variable-length pattern `p` with a prefix of length
2145                 // `plₚ` and suffix of length `slₚ`, only the first `plₚ` and the last
2146                 // `slₚ` elements are examined.
2147                 //
2148                 // Therefore, as long as `L` is positive (to avoid concerns about empty
2149                 // types), all elements after the maximum prefix length and before
2150                 // the maximum suffix length are not examined by any variable-length
2151                 // pattern, and therefore can be added/removed without affecting
2152                 // them - creating equivalent patterns from any sufficiently-large
2153                 // length.
2154                 //
2155                 // Of course, if fixed-length patterns exist, we must be sure
2156                 // that our length is large enough to miss them all, so
2157                 // we can pick `L = max(max(FIXED_LEN)+1, max(PREFIX_LEN) + max(SUFFIX_LEN))`
2158                 //
2159                 // for example, with the above pair of patterns, all elements
2160                 // but the first and last can be added/removed, so any
2161                 // witness of length ≥2 (say, `[false, false, true]`) can be
2162                 // turned to a witness from any other length ≥2.
2163
2164                 let mut max_prefix_len = self_prefix;
2165                 let mut max_suffix_len = self_suffix;
2166                 let mut max_fixed_len = 0;
2167
2168                 let head_ctors =
2169                     matrix.heads().filter_map(|pat| pat_constructor(tcx, param_env, pat));
2170                 for ctor in head_ctors {
2171                     match ctor {
2172                         Slice(slice) => match slice.pattern_kind() {
2173                             FixedLen(len) => {
2174                                 max_fixed_len = cmp::max(max_fixed_len, len);
2175                             }
2176                             VarLen(prefix, suffix) => {
2177                                 max_prefix_len = cmp::max(max_prefix_len, prefix);
2178                                 max_suffix_len = cmp::max(max_suffix_len, suffix);
2179                             }
2180                         },
2181                         _ => {}
2182                     }
2183                 }
2184
2185                 // For diagnostics, we keep the prefix and suffix lengths separate, so in the case
2186                 // where `max_fixed_len + 1` is the largest, we adapt `max_prefix_len` accordingly,
2187                 // so that `L = max_prefix_len + max_suffix_len`.
2188                 if max_fixed_len + 1 >= max_prefix_len + max_suffix_len {
2189                     // The subtraction can't overflow thanks to the above check.
2190                     // The new `max_prefix_len` is also guaranteed to be larger than its previous
2191                     // value.
2192                     max_prefix_len = max_fixed_len + 1 - max_suffix_len;
2193                 }
2194
2195                 match array_len {
2196                     Some(len) => {
2197                         let kind = if max_prefix_len + max_suffix_len < len {
2198                             VarLen(max_prefix_len, max_suffix_len)
2199                         } else {
2200                             FixedLen(len)
2201                         };
2202                         split_ctors.push(Slice(Slice { array_len, kind }));
2203                     }
2204                     None => {
2205                         // `ctor` originally covered the range `(self_prefix +
2206                         // self_suffix..infinity)`. We now split it into two: lengths smaller than
2207                         // `max_prefix_len + max_suffix_len` are treated independently as
2208                         // fixed-lengths slices, and lengths above are captured by a final VarLen
2209                         // constructor.
2210                         split_ctors.extend(
2211                             (self_prefix + self_suffix..max_prefix_len + max_suffix_len)
2212                                 .map(|len| Slice(Slice { array_len, kind: FixedLen(len) })),
2213                         );
2214                         split_ctors.push(Slice(Slice {
2215                             array_len,
2216                             kind: VarLen(max_prefix_len, max_suffix_len),
2217                         }));
2218                     }
2219                 }
2220             }
2221             // Any other constructor can be used unchanged.
2222             _ => split_ctors.push(ctor),
2223         }
2224     }
2225
2226     debug!("split_grouped_constructors(..)={:#?}", split_ctors);
2227     split_ctors
2228 }
2229
2230 fn lint_overlapping_patterns<'tcx>(
2231     tcx: TyCtxt<'tcx>,
2232     hir_id: Option<HirId>,
2233     ctor_range: IntRange<'tcx>,
2234     ty: Ty<'tcx>,
2235     overlaps: Vec<IntRange<'tcx>>,
2236 ) {
2237     if let (true, Some(hir_id)) = (!overlaps.is_empty(), hir_id) {
2238         let mut err = tcx.struct_span_lint_hir(
2239             lint::builtin::OVERLAPPING_PATTERNS,
2240             hir_id,
2241             ctor_range.span,
2242             "multiple patterns covering the same range",
2243         );
2244         err.span_label(ctor_range.span, "overlapping patterns");
2245         for int_range in overlaps {
2246             // Use the real type for user display of the ranges:
2247             err.span_label(
2248                 int_range.span,
2249                 &format!(
2250                     "this range overlaps on `{}`",
2251                     IntRange { range: int_range.range, ty, span: DUMMY_SP }.to_pat(tcx),
2252                 ),
2253             );
2254         }
2255         err.emit();
2256     }
2257 }
2258
2259 fn constructor_covered_by_range<'tcx>(
2260     tcx: TyCtxt<'tcx>,
2261     param_env: ty::ParamEnv<'tcx>,
2262     ctor: &Constructor<'tcx>,
2263     pat: &Pat<'tcx>,
2264 ) -> Option<()> {
2265     if let Single = ctor {
2266         return Some(());
2267     }
2268
2269     let (pat_from, pat_to, pat_end, ty) = match *pat.kind {
2270         PatKind::Constant { value } => (value, value, RangeEnd::Included, value.ty),
2271         PatKind::Range(PatRange { lo, hi, end }) => (lo, hi, end, lo.ty),
2272         _ => bug!("`constructor_covered_by_range` called with {:?}", pat),
2273     };
2274     let (ctor_from, ctor_to, ctor_end) = match *ctor {
2275         ConstantValue(value) => (value, value, RangeEnd::Included),
2276         FloatRange(from, to, ctor_end) => (from, to, ctor_end),
2277         _ => bug!("`constructor_covered_by_range` called with {:?}", ctor),
2278     };
2279     trace!("constructor_covered_by_range {:#?}, {:#?}, {:#?}, {}", ctor, pat_from, pat_to, ty);
2280
2281     let to = compare_const_vals(tcx, ctor_to, pat_to, param_env, ty)?;
2282     let from = compare_const_vals(tcx, ctor_from, pat_from, param_env, ty)?;
2283     let intersects = (from == Ordering::Greater || from == Ordering::Equal)
2284         && (to == Ordering::Less || (pat_end == ctor_end && to == Ordering::Equal));
2285     if intersects { Some(()) } else { None }
2286 }
2287
2288 fn patterns_for_variant<'p, 'tcx>(
2289     cx: &mut MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
2290     subpatterns: &'p [FieldPat<'tcx>],
2291     ctor_wild_subpatterns: &'p [Pat<'tcx>],
2292     is_non_exhaustive: bool,
2293 ) -> PatStack<'p, 'tcx> {
2294     let mut result: SmallVec<_> = ctor_wild_subpatterns.iter().collect();
2295
2296     for subpat in subpatterns {
2297         if !is_non_exhaustive || !cx.is_uninhabited(subpat.pattern.ty) {
2298             result[subpat.field.index()] = &subpat.pattern;
2299         }
2300     }
2301
2302     debug!(
2303         "patterns_for_variant({:#?}, {:#?}) = {:#?}",
2304         subpatterns, ctor_wild_subpatterns, result
2305     );
2306     PatStack::from_vec(result)
2307 }
2308
2309 /// This is the main specialization step. It expands the pattern
2310 /// into `arity` patterns based on the constructor. For most patterns, the step is trivial,
2311 /// for instance tuple patterns are flattened and box patterns expand into their inner pattern.
2312 /// Returns `None` if the pattern does not have the given constructor.
2313 ///
2314 /// OTOH, slice patterns with a subslice pattern (tail @ ..) can be expanded into multiple
2315 /// different patterns.
2316 /// Structure patterns with a partial wild pattern (Foo { a: 42, .. }) have their missing
2317 /// fields filled with wild patterns.
2318 fn specialize_one_pattern<'p, 'tcx>(
2319     cx: &mut MatchCheckCtxt<'p, 'tcx>,
2320     pat: &'p Pat<'tcx>,
2321     constructor: &Constructor<'tcx>,
2322     ctor_wild_subpatterns: &'p [Pat<'tcx>],
2323 ) -> Option<PatStack<'p, 'tcx>> {
2324     if let NonExhaustive = constructor {
2325         // Only a wildcard pattern can match the special extra constructor
2326         return if pat.is_wildcard() { Some(PatStack::default()) } else { None };
2327     }
2328
2329     let result = match *pat.kind {
2330         PatKind::AscribeUserType { .. } => bug!(), // Handled by `expand_pattern`
2331
2332         PatKind::Binding { .. } | PatKind::Wild => Some(ctor_wild_subpatterns.iter().collect()),
2333
2334         PatKind::Variant { adt_def, variant_index, ref subpatterns, .. } => {
2335             let ref variant = adt_def.variants[variant_index];
2336             let is_non_exhaustive = cx.is_foreign_non_exhaustive_variant(pat.ty, variant);
2337             Some(Variant(variant.def_id))
2338                 .filter(|variant_constructor| variant_constructor == constructor)
2339                 .map(|_| {
2340                     patterns_for_variant(cx, subpatterns, ctor_wild_subpatterns, is_non_exhaustive)
2341                 })
2342         }
2343
2344         PatKind::Leaf { ref subpatterns } => {
2345             Some(patterns_for_variant(cx, subpatterns, ctor_wild_subpatterns, false))
2346         }
2347
2348         PatKind::Deref { ref subpattern } => Some(PatStack::from_pattern(subpattern)),
2349
2350         PatKind::Constant { value } if constructor.is_slice() => {
2351             // We extract an `Option` for the pointer because slices of zero
2352             // elements don't necessarily point to memory, they are usually
2353             // just integers. The only time they should be pointing to memory
2354             // is when they are subslices of nonzero slices.
2355             let (alloc, offset, n, ty) = match value.ty.kind {
2356                 ty::Array(t, n) => {
2357                     let n = n.eval_usize(cx.tcx, cx.param_env);
2358                     // Shortcut for `n == 0` where no matter what `alloc` and `offset` we produce,
2359                     // the result would be exactly what we early return here.
2360                     if n == 0 {
2361                         if ctor_wild_subpatterns.len() as u64 == 0 {
2362                             return Some(PatStack::from_slice(&[]));
2363                         } else {
2364                             return None;
2365                         }
2366                     }
2367                     match value.val {
2368                         ty::ConstKind::Value(ConstValue::ByRef { offset, alloc, .. }) => {
2369                             (Cow::Borrowed(alloc), offset, n, t)
2370                         }
2371                         _ => span_bug!(pat.span, "array pattern is {:?}", value,),
2372                     }
2373                 }
2374                 ty::Slice(t) => {
2375                     match value.val {
2376                         ty::ConstKind::Value(ConstValue::Slice { data, start, end }) => {
2377                             let offset = Size::from_bytes(start as u64);
2378                             let n = (end - start) as u64;
2379                             (Cow::Borrowed(data), offset, n, t)
2380                         }
2381                         ty::ConstKind::Value(ConstValue::ByRef { .. }) => {
2382                             // FIXME(oli-obk): implement `deref` for `ConstValue`
2383                             return None;
2384                         }
2385                         _ => span_bug!(
2386                             pat.span,
2387                             "slice pattern constant must be scalar pair but is {:?}",
2388                             value,
2389                         ),
2390                     }
2391                 }
2392                 _ => span_bug!(
2393                     pat.span,
2394                     "unexpected const-val {:?} with ctor {:?}",
2395                     value,
2396                     constructor,
2397                 ),
2398             };
2399             if ctor_wild_subpatterns.len() as u64 == n {
2400                 // convert a constant slice/array pattern to a list of patterns.
2401                 let layout = cx.tcx.layout_of(cx.param_env.and(ty)).ok()?;
2402                 let ptr = Pointer::new(AllocId(0), offset);
2403                 (0..n)
2404                     .map(|i| {
2405                         let ptr = ptr.offset(layout.size * i, &cx.tcx).ok()?;
2406                         let scalar = alloc.read_scalar(&cx.tcx, ptr, layout.size).ok()?;
2407                         let scalar = scalar.not_undef().ok()?;
2408                         let value = ty::Const::from_scalar(cx.tcx, scalar, ty);
2409                         let pattern =
2410                             Pat { ty, span: pat.span, kind: box PatKind::Constant { value } };
2411                         Some(&*cx.pattern_arena.alloc(pattern))
2412                     })
2413                     .collect()
2414             } else {
2415                 None
2416             }
2417         }
2418
2419         PatKind::Constant { .. } | PatKind::Range { .. } => {
2420             // If the constructor is a:
2421             // - Single value: add a row if the pattern contains the constructor.
2422             // - Range: add a row if the constructor intersects the pattern.
2423             if let IntRange(ctor) = constructor {
2424                 match IntRange::from_pat(cx.tcx, cx.param_env, pat) {
2425                     Some(pat) => ctor.intersection(cx.tcx, &pat).map(|_| {
2426                         // Constructor splitting should ensure that all intersections we encounter
2427                         // are actually inclusions.
2428                         assert!(ctor.is_subrange(&pat));
2429                         PatStack::default()
2430                     }),
2431                     _ => None,
2432                 }
2433             } else {
2434                 // Fallback for non-ranges and ranges that involve
2435                 // floating-point numbers, which are not conveniently handled
2436                 // by `IntRange`. For these cases, the constructor may not be a
2437                 // range so intersection actually devolves into being covered
2438                 // by the pattern.
2439                 constructor_covered_by_range(cx.tcx, cx.param_env, constructor, pat)
2440                     .map(|()| PatStack::default())
2441             }
2442         }
2443
2444         PatKind::Array { ref prefix, ref slice, ref suffix }
2445         | PatKind::Slice { ref prefix, ref slice, ref suffix } => match *constructor {
2446             Slice(_) => {
2447                 let pat_len = prefix.len() + suffix.len();
2448                 if let Some(slice_count) = ctor_wild_subpatterns.len().checked_sub(pat_len) {
2449                     if slice_count == 0 || slice.is_some() {
2450                         Some(
2451                             prefix
2452                                 .iter()
2453                                 .chain(
2454                                     ctor_wild_subpatterns
2455                                         .iter()
2456                                         .skip(prefix.len())
2457                                         .take(slice_count)
2458                                         .chain(suffix.iter()),
2459                                 )
2460                                 .collect(),
2461                         )
2462                     } else {
2463                         None
2464                     }
2465                 } else {
2466                     None
2467                 }
2468             }
2469             ConstantValue(cv) => {
2470                 match slice_pat_covered_by_const(
2471                     cx.tcx,
2472                     pat.span,
2473                     cv,
2474                     prefix,
2475                     slice,
2476                     suffix,
2477                     cx.param_env,
2478                 ) {
2479                     Ok(true) => Some(PatStack::default()),
2480                     Ok(false) => None,
2481                     Err(ErrorReported) => None,
2482                 }
2483             }
2484             _ => span_bug!(pat.span, "unexpected ctor {:?} for slice pat", constructor),
2485         },
2486
2487         PatKind::Or { .. } => bug!("Or-pattern should have been expanded earlier on."),
2488     };
2489     debug!("specialize({:#?}, {:#?}) = {:#?}", pat, ctor_wild_subpatterns, result);
2490
2491     result
2492 }