rewrite `ExprArray` processing to use `CoerceMany`

rework how we handle the type of loops

First, we keep a `CoerceMany` now to find the LUB of all the break
expressions. Second, this `CoerceMany` is actually an
`Option<CoerceMany>`, and we store `None` for loops where "break with an
expression" is disallowed. This avoids silly duplicate errors about a
type mismatch, since the loops pass already reports an error that the
break cannot have an expression. Finally, since we now detect an invalid
break target during HIR lowering, refactor `find_loop` to be infallible.

Adjust tests as needed:

- some spans from breaks are slightly different
- break up a single loop into multiple since `CoerceMany` silences
  redundant and derived errors
- add a ui test that we only give on error for loop-break-value

do not eagerly convert `!` to a diverging variable

Instead, wait until coercion time.  This has some small effects on a few
tests (one less temporary, generally better errors when trying to call
methods or otherwise "force" the type).

document the diverges flag etc

port `return` expressions to use `CoerceMany`

This slightly affects the error messages in one particular compile-fail
test.

port if-then-else to use `CoerceMany`

port the match code to use `CoerceMany`

`match { }` now (correctly?) indicates divergence, which results in more
unreachable warnings. We also avoid fallback to `!` if there is just one
arm (see new test: `match-unresolved-one-arm.rs`).

introduce (but do not yet use) a `CoerceMany` API

The existing pattern for coercions is fairly complex. `CoerceMany`
enapsulates it better into a helper.

add an `ObligationCauseCode` we'll use later (`ReturnNoExpression`)

add a `TypeVariableOrigin` we'll use later (`DerivingFn`)

add some debug logs to type_variable.rs

change the strategy for diverging types

The new strategy is as follows. First, the `!` type is assigned
in two cases:

- a block with a diverging statement and no tail expression (e.g.,
  `{return;}`);
- any expression with the type `!` is considered diverging.

Second, we track when we are in a diverging state, and we permit a value
of any type to be coerced **into** `!` if the expression that produced
it is diverging. This means that `fn foo() -> ! { panic!(); 22 }`
type-checks, even though the block has a type of `usize`.

Finally, coercions **from** the `!` type to any other are always
permitted.

Fixes #39808.

refactor the `targeted_by_break` field

In master, this field was an arbitrary node-id (in fact, an id for
something that doesn't even exist in the HIR -- the `catch` node).
Breaks targeting this block used that id. In the newer system, this
field is a boolean, and any breaks targeted this block will use the
id of the block.

remove unneeded `&` that now fails to coerce

cc https://github.com/rust-lang/rust/issues/40924

update comment

refactor if so that the "then type" is an expression

Auto merge of #40597 - jseyfried:improve_span_expn_info, r=jseyfried

macros: improve `Span`'s expansion information

This PR improves `Span`'s expansion information. More specifically:
 - It refactors AST node span construction to preserve expansion information.
   - Today, we only use the underlying tokens' `BytePos`s, throwing away the `ExpnId`s.
   - This improves the accuracy of AST nodes' expansion information, fixing #30506.
 - It refactors `span.expn_id: ExpnId` to `span.ctxt: SyntaxContext` and removes `ExpnId`.
   - This gives all tokens as much hygiene information as `Ident`s.
   - This is groundwork for procedural macros 2.0 `TokenStream` API.
   - This is also groundwork for declarative macros 2.0, which will need this hygiene information for some non-`Ident` tokens.
 - It simplifies processing of spans' expansion information throughout the compiler.
 - It fixes #40649.
 - It fixes #39450 and fixes part of #23480.

r? @nrc

Improve `Path` spans.

Auto merge of #40917 - aidanhs:aphs-no-appveyor-cache, r=aturon

Disable appveyor cache

Reverts just appveyor part of https://github.com/rust-lang/rust/pull/40780. r? @aturon

Disable appveyor cache

Auto merge of #40911 - frewsxcv:rollup, r=frewsxcv

Rollup of 6 pull requests

- Successful merges: #40780, #40814, #40816, #40832, #40901, #40907
- Failed merges:

Rollup merge of #40907 - donniebishop:utf8_unchecked_docs, r=steveklabnik

Linked str in from_utf_unchecked

References #29375. Linked `str` in from_utf_unchecked's documentation to the docs for primitive `str`

Rollup merge of #40901 - MaloJaffre:fix-double-redirect, r=steveklabnik

Avoid linking to a moved page in rust.html

Rollup merge of #40832 - pftbest:fix_msp430, r=stjepang

libcore: fix compilation on 16bit target (MSP430).

Since PR #40601 has been merged, libcore no longer compiles on MSP430.
The reason is this code in `break_patterns`:
```rust
 let mut random = len;
 random ^= random << 13;
 random ^= random >> 17;
 random ^= random << 5;
 random &= modulus - 1;
```
It assumes that `len` is at least a 32 bit integer.
As a workaround replace `break_patterns` with an empty function for 16bit targets.

cc @stjepang
cc @alexcrichton

Rollup merge of #40816 - estebank:issue-38321, r=nikomatsakis

Clarify suggetion for field used as method

Instead of

```rust
error: no method named `src_addr` found for type `&wire::ipv4::Repr` in the current scope
   --> src/wire/ipv4.rs:409:34
    |
409 |         packet.set_src_addr(self.src_addr());
    |                                  ^^^^^^^^
    |
note: did you mean to write `self.src_addr`?
   --> src/wire/ipv4.rs:409:34
    |
409 |         packet.set_src_addr(self.src_addr());
    |                                  ^^^^^^^^
```

present

```rust
error: no method named `src_addr` found for type `&wire::ipv4::Repr` in the current scope
   --> src/wire/ipv4.rs:409:34
    |
409 |         packet.set_src_addr(self.src_addr());
    |                                  ^^^^^^^^ field, not a method
    |
    = help: did you mean to write `self.src_addr` instead of `self.src_addr(...)`?
```

Fix #38321.

Rollup merge of #40814 - abonander:issue_39436, r=jseyfried

Rustdoc: memoize `pub use`-reexported macros so they don't appear twice in docs

Closes #39436

Preserves existing behavior for `#[macro_reexport]`. `pub use`'d macros are shown as reexports unless inlined, and also correctly obey `#[doc(hidden)]`.

r? @jseyfried

cc @SergioBenitez

Rollup merge of #40780 - aidanhs:aphs-cache-git-modules, r=alexcrichton

Attempt to cache git modules

Partial resolution of #40772, appveyor remains to be done once travis looks like it's working ok.

The approach in this PR is based on the `--reference` flag to `git-clone`/`git-submodule --update` and is a compromise based on the current limitations of the tools we're using.

The ideal would be:
1. have a cached pristine copy of rust-lang/rust master in `$HOME/rustsrc` with all submodules initialised
2. clone the PR branch with `git clone --recurse-submodules --reference $HOME/rustsrc git@github.com:rust-lang/rust.git`

This would (in the nonexistent ideal world) use the pristine copy as an object cache for the top level repo and all submodules, transferring over the network only the changes on the branch. Unfortunately, a) there is no way to manually control the initial clone with travis and b) even if there was, cloned submodules don't use the submodules of the reference as an object cache. So the steps we end up with are:

1. have a cached pristine copy of rust-lang/rust master in `$HOME/rustsrc` with all submodules initialised
2. have a cloned PR branch
3. extract the path of each submodule, and explicitly `git submodule update --init --reference $HOME/rustsrc/$module $module` (i.e. point directly to the location of the pristine submodule repo) for each one

I've also taken some care to make this forward compatible, both for adding and removing submodules.

r? @alexcrichton

Linked str in from_utf_unchecked

Auto merge of #40899 - frewsxcv:rollup, r=frewsxcv

Rollup of 5 pull requests

- Successful merges: #40720, #40786, #40841, #40866, #40897
- Failed merges:

Avoid linking to a moved page in rust.html

Rollup merge of #40897 - irfanhudda:fix-typo-char, r=BurntSushi

Fix typo in libcore/char.rs

Rollup merge of #40866 - projektir:once_docs, r=estebank

Adding linking for Once docs #29377

Linking everything around `Once`, `ONCE_INIT`, and `OnceState`.

Rollup merge of #40841 - arielb1:immutable-blame, r=pnkfelix

borrowck: consolidate `mut` suggestions

This converts all of borrowck's `mut` suggestions to a new
`mc::ImmutabilityBlame` API instead of the current mix of various hacks.

Fixes #35937.
Fixes #40823.
Fixes #40859.

cc @estebank
r? @pnkfelix

Rollup merge of #40786 - frewsxcv:unstable-book-remaining-features, r=steveklabnik

Add all unstable features to Unstable Book.

Add all unstable features to the Unstable Book, also remove a few that
either no longer exist or were promoted to stable.

These changes were extracted out of
https://github.com/rust-lang/rust/pull/40694

Rollup merge of #40720 - mitsuhiko:feature/rev-key, r=BurntSushi

Added core::cmp::Reverse for sort_by_key reverse sorting

I'm not sure if this is the best way to go about proposing this feature but it's pretty useful. It allows you to use `sort_by_key` and return tuples where a single item is then reversed to how it normally sorts.

I quite miss something like this in Rust currently though I'm not sure if this is the best way to implement it.

Auto merge of #40540 - cramertj:check-bodies-as-query, r=nikomatsakis

On-demandify the typechecking of item bodies

r? @nikomatsakis

Fix typo in libcore/char.rs

Refactor how spans are combined in the parser.

Minor tweaks to retry utility

Updated tracking issue for cmp::Reverse

Auto merge of #40338 - GuillaumeGomez:pulldown-switch, r=frewsxcv,steveklabnik

Replace hoedown with pull in rustdoc

cc @rust-lang/docs

Adding linking for Once docs #29377

Add all unstable features to Unstable Book.

Add all unstable features to the Unstable Book, also remove a few that
either no longer exist or were promoted to stable.

These changes were extracted out of
https://github.com/rust-lang/rust/pull/40694

Auto merge of #40889 - frewsxcv:rollup, r=frewsxcv

Rollup of 5 pull requests

- Successful merges: #40682, #40731, #40783, #40838, #40864
- Failed merges:

On-demandify the typechecking of item bodies

Rollup merge of #40864 - steveklabnik:update-submodules, r=nrc

Update various book modules

This includes an important fix for rustc contributors in
https://github.com/rust-lang/book/pull/571

I'm going to update the other ones as well here while we're at it; no
need to spam PRs.

r? @nrc

Rollup merge of #40838 - lukaramu:std-net-docs, r=GuillaumeGomez

Improve std::net docs

Fixes #29363

Summary:
* Added a _lot_ of missing links, both to other types/methods and to IETF RFCs, and changed occurences of just "RFC" to "IETF RFC"
* Expanded a bunch of top-level docs, specifically the module docs & the docs for `TcpListener`, `TcpStream`, `UdpSocket`, `IpAddr`, `Ipv4Addr`, `Ipv6Addr`, `SocketAddr`, `SocketAddrV4`, `SocketAddrV6`,
* Expanded method docs for `SocketAddrV6`, `AddrParseError`,
* Various edits for clarity, consistency, and accuracy

See the commit descriptions for more detail.

Things not done quite as laid out in the task list in #29363:
* `AddrParseError` still doesn't have examples, but I wasn't quite sure how to do them; other `FromStr` error types don't have any, either
* I didn't link to an IETF RFC in `IpAddr`, but in `Ipv4Addr` and `Ipv6Addr` and linked tho those from `IpAddr`; this seems more appropriate to me
* Similarly, I didn't really exand `SocketAddr`'s docs, but elaborated on `SocketAddrV4` and `SocketAddrV6`'s and linked to them from `SocketAddr`

Theres definitely still room for improvement, but this should be a good first effort :smile:

Rollup merge of #40783 - stepancheg:cursor-new-0, r=aturon

Document Cursor::new position is 0

... even if contained `Vec` is not empty. E. g. for

```
let v = vec![10u8, 20];
let mut c = io::Cursor::new(v);
c.write_all(b"aaaa").unwrap();
println!("{:?}", c.into_inner());
```

result is

```
[97, 97, 97, 97]
```

and not

```
[10, 20, 97, 97, 97, 97]
```

Rollup merge of #40731 - sfackler:vec-from-iter-spec, r=aturon

Specialize Vec::from_iter for vec::IntoIter

It's fairly common to expose an API which takes an `IntoIterator` and
immediately collects that into a vector. It's also common to buffer
a bunch of items into a vector and then pass that into one of these
APIs. If the iterator hasn't been advanced, we can make this `from_iter`
simply reassemble the original `Vec` with no actual iteration or
reallocation.

r? @aturon

Rollup merge of #40682 - TigleyM:str_doc, r=steveklabnik

Update docs for std::str

fixes #29375

I noticed there are docs for the `str` primitive type, which contained extensive examples, so my additions give a more general explanation of `&str`. But please let me know if something can be explained more or changed.

r? @steveklabnik

Simplify labels and move tests to ui

Attempt to cache git modules

Auto merge of #40836 - arielb1:issue-32330-copy, r=nikomatsakis

store a copy of the Issue32230 info within TypeError

The data can't be looked up from the region variable directly, because
the region variable might have been destroyed at the end of a snapshot.

Fixes #40000.
Fixes #40743.

beta-nominating because regression.
r? @nikomatsakis

Merge `ExpnId` and `SyntaxContext`.

Remove code in `syntax::codemap`.

Move `syntax::ext::hygiene` to `syntax_pos::hygiene`.

Changed cmp::Reverse to unstable

Auto merge of #40867 - alexcrichton:rollup, r=alexcrichton

Rollup of 19 pull requests

- Successful merges: #40317, #40516, #40524, #40606, #40683, #40751, #40778, #40813, #40818, #40819, #40824, #40828, #40832, #40833, #40837, #40849, #40852, #40853, #40865
- Failed merges:

Rustdoc: test proper representation for `pub use` macros

Rustdoc: memoize `pub use`-reexported macros so they don't appear twice in docs

Improve function naming

Fix id generation

Fix plain_summary_line function

Add feature for rustdoc binary

Update to last pulldown version

Update pulldown version after fix merged

Handle html in markdown as well

Remove unneeded comment

Add a macro to improve code

Add missing markdown tags

Fix external doc errors

End of pulldown switch and remove completely hoedown

Remains to fix tables

Replace hoedown with pull in rustdoc

libcore: sort_unstable: remove unnecessary loop.

`other` is guaranteed to be less than `2 * len`.

Rollup merge of #40865 - alexcrichton:downgrade-mingw, r=arielb1

appveyor: Downgrade MinGW to 6.2.0

It looks like the 6.3.0 MinGW comes with a gdb which has issues (#40184) that an
attempted workaround (#40777) does not actually fix (#40835). The original
motivation for upgradin MinGW was to fix build flakiness (#40546) due to newer
builds not exhibiting the same bug, so let's hope that 6.2.0 isn't too far back
in time and still contains the fix we need.

Closes #40835

Rollup merge of #40853 - ollie27:error-index, r=steveklabnik

Fix broken Markdown and bad links in the error index

This makes sure RFC links point to the RFC text not the pull request.

r? @steveklabnik

Rollup merge of #40852 - ollie27:rustbuild_compiler_docs, r=alexcrichton

rustbuild: Fix compiler docs again

The docs need to be built with the rustbuild feature so the correct
stability attributes (rustc_private) get applied.

r? @alexcrichton

Rollup merge of #40849 - jseyfried:finalize_trait_macro_resolutions, r=nrc

bugfix: finalize resolutions of macros in trait positions

Fixes #40845.
r? @nrc

Rollup merge of #40837 - alanstoate:ascii-docs, r=steveklabnik

change string references in asciiext

Rollup merge of #40833 - Wallacoloo:doc_to_uppercase_typo, r=steveklabnik

Fix typo in char::to_uppercase documentation

Original documentation appears to have been copied from `char::to_lowercase` in a manner that made it imply that `char::to_uppercase` actually mapped unicode characters to their **lowercase** equivalent.

Rollup merge of #40832 - pftbest:fix_msp430, r=stjepang

libcore: fix compilation on 16bit target (MSP430).

Since PR #40601 has been merged, libcore no longer compiles on MSP430.
The reason is this code in `break_patterns`:
```rust
 let mut random = len;
 random ^= random << 13;
 random ^= random >> 17;
 random ^= random << 5;
 random &= modulus - 1;
```
It assumes that `len` is at least a 32 bit integer.
As a workaround replace `break_patterns` with an empty function for 16bit targets.

cc @stjepang
cc @alexcrichton

Rollup merge of #40828 - projektir:markdown_metadata, r=steveklabnik

rustdoc to accept `#` at the start of a markdown file #40560

This may be a bit odd if `#` and `%` lines are mixed up, but that's not something I've found while doing my search and replace.

Rollup merge of #40824 - donniebishop:fromstr_docexample, r=steveklabnik

FromStr implementation example

Referencing #29375. Added example implementation of FromStr trait to API Documentation

Rollup merge of #40819 - donniebishop:master, r=alexcrichton

Link ParseBoolError to from_str method of bool

Referencing task in #29375. Sorry for not opening another branch on my fork for this. Was working on this early this morning and forgot to branch off master

Rollup merge of #40818 - theotherphil:master, r=steveklabnik

Don't stutter in operator trait descriptions

Fixes first item on #29365.

r? @steveklabnik

Rollup merge of #40813 - jseyfried:fix_expansion_regression, r=nrc

macros: fix ICE on some nested macro definitions

Fixes #40770.
r? @nrc

Rollup merge of #40778 - alexcrichton:update-cargo, r=alexcrichton

Update cargo submodule

I'm not really sure what we want the cadence here to be. We'll at the very least
update the Cargo submodule right before all releases, but otherwise I figured we
could just do it whenever needed or otherwise weekly (or something like that).

In any case, I don't have a super strong particular reason to do this, it's just
been a week or so since the release!

Rollup merge of #40751 - nrc:save-callback, r=eddyb

save-analysis: allow clients to get data directly without writing to a file.

Rollup merge of #40683 - nikomatsakis:incr-comp-coerce-unsized-info, r=eddyb

on-demand-ify `custom_coerce_unsized_kind` and `inherent-impls`

This "on-demand" task both checks for errors and computes the custom unsized kind, if any. This task is only defined on impls of `CoerceUnsized`; invoking it on any other kind of impl results in a bug. This is just to avoid having an `Option`, could easily be changed.

r? @eddyb

Rollup merge of #40606 - oli-obk:interned_str_usability, r=jseyfried

Improve `InternedString` usability

Review request changes

Update various book modules

This includes an important fix for rustc contributors in
https://github.com/rust-lang/book/pull/571

I'm going to update the other ones as well here while we're at it; no
need to spam PRs.

Rollup merge of #40516 - alexcrichton:no-cache-handles, r=aturon

std: Don't cache stdio handles on Windows

This alters the stdio code on Windows to always call `GetStdHandle` whenever the
stdio read/write functions are called as this allows us to track changes to the
value over time (such as if a process calls `SetStdHandle` while it's running).

Closes #40490

Rollup merge of #40317 - malbarbo:update-libc, r=alexcrichton

Update libc to 0.2.21

Update to include android aarch64 and x86 improvements.

appveyor: Downgrade MinGW to 6.2.0

It looks like the 6.3.0 MinGW comes with a gdb which has issues (#40184) that an
attempted workaround (#40777) does not actually fix (#40835). The original
motivation for upgradin MinGW was to fix build flakiness (#40546) due to newer
builds not exhibiting the same bug, so let's hope that 6.2.0 isn't too far back
in time and still contains the fix we need.

Closes #40835

Addressed requested changes for PR #40838

* Fixed spelling ToSocketAddr -> ToSocketAddrs in module docs
  (which also fixes a link)
* Added missing "when" before "interacting" in module docs
* Changed SocketAddr's top-level docs to explicitly state what socket
  addresses consist of, making them more consistent with SocketAddrV4's
  and SocketAddrV6's docs
* Changed "in C" -> "in C's `netinet/in.h`"
* Changed wording in is_ipv4/is_ipv6 methods to ", `false` otherwise"
* Add missing closing ` ``` ` in Ipv6Addr's examples
* Removed "Errors" section in ToSocketAddrs' to_socket_addrs method as it
  was rather redundant

Fix broken Markdown and bad links in the error index

This makes sure RFC links point to the RFC text not the pull request.

rustbuild: Fix compiler docs again

The docs need to be built with the rustbuild feature so the correct
stability attributes (rustc_private) get applied.

Fix various useless derefs and slicings