lib/Analysis/Lint.cpp

   1 //===-- Lint.cpp - Check for common errors in LLVM IR ---------------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This pass statically checks for common and easily-identified constructs
  11 // which produce undefined or likely unintended behavior in LLVM IR.
  12 //
  13 // It is not a guarantee of correctness, in two ways. First, it isn't
  14 // comprehensive. There are checks which could be done statically which are
  15 // not yet implemented. Some of these are indicated by TODO comments, but
  16 // those aren't comprehensive either. Second, many conditions cannot be
  17 // checked statically. This pass does no dynamic instrumentation, so it
  18 // can't check for all possible problems.
  19 //
  20 // Another limitation is that it assumes all code will be executed. A store
  21 // through a null pointer in a basic block which is never reached is harmless,
  22 // but this pass will warn about it anyway. This is the main reason why most
  23 // of these checks live here instead of in the Verifier pass.
  24 //
  25 // Optimization passes may make conditions that this pass checks for more or
  26 // less obvious. If an optimization pass appears to be introducing a warning,
  27 // it may be that the optimization pass is merely exposing an existing
  28 // condition in the code.
  29 //
  30 // This code may be run before instcombine. In many cases, instcombine checks
  31 // for the same kinds of things and turns instructions with undefined behavior
  32 // into unreachable (or equivalent). Because of this, this pass makes some
  33 // effort to look through bitcasts and so on.
  34 //
  35 //===----------------------------------------------------------------------===//
  36
  37 #include "llvm/Analysis/Lint.h"
  38 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
  39 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  40 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  41 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
  42 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  43 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
  44 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
  45 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
  46 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
  47 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
  48 #include "llvm/IR/CallSite.h"
  49 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  50 #include "llvm/IR/Dominators.h"
  51 #include "llvm/IR/Function.h"
  52 #include "llvm/IR/InstVisitor.h"
  53 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
  54 #include "llvm/Pass.h"
  55 #include "llvm/PassManager.h"
  56 #include "llvm/Support/Debug.h"
  57 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  58 using namespace llvm;
  59
  60 namespace {
  61   namespace MemRef {
  62     static unsigned Read     = 1;
  63     static unsigned Write    = 2;
  64     static unsigned Callee   = 4;
  65     static unsigned Branchee = 8;
  66   }
  67
  68   class Lint : public FunctionPass, public InstVisitor<Lint> {
  69     friend class InstVisitor<Lint>;
  70
  71     void visitFunction(Function &F);
  72
  73     void visitCallSite(CallSite CS);
  74     void visitMemoryReference(Instruction &I, Value *Ptr,
  75                               uint64_t Size, unsigned Align,
  76                               Type *Ty, unsigned Flags);
  77     void visitEHBeginCatch(IntrinsicInst *II);
  78     void visitEHEndCatch(IntrinsicInst *II);
  79
  80     void visitCallInst(CallInst &I);
  81     void visitInvokeInst(InvokeInst &I);
  82     void visitReturnInst(ReturnInst &I);
  83     void visitLoadInst(LoadInst &I);
  84     void visitStoreInst(StoreInst &I);
  85     void visitXor(BinaryOperator &I);
  86     void visitSub(BinaryOperator &I);
  87     void visitLShr(BinaryOperator &I);
  88     void visitAShr(BinaryOperator &I);
  89     void visitShl(BinaryOperator &I);
  90     void visitSDiv(BinaryOperator &I);
  91     void visitUDiv(BinaryOperator &I);
  92     void visitSRem(BinaryOperator &I);
  93     void visitURem(BinaryOperator &I);
  94     void visitAllocaInst(AllocaInst &I);
  95     void visitVAArgInst(VAArgInst &I);
  96     void visitIndirectBrInst(IndirectBrInst &I);
  97     void visitExtractElementInst(ExtractElementInst &I);
  98     void visitInsertElementInst(InsertElementInst &I);
  99     void visitUnreachableInst(UnreachableInst &I);
 100
 101     Value *findValue(Value *V, bool OffsetOk) const;
 102     Value *findValueImpl(Value *V, bool OffsetOk,
 103                          SmallPtrSetImpl<Value *> &Visited) const;
 104
 105   public:
 106     Module *Mod;
 107     AliasAnalysis *AA;
 108     AssumptionCache *AC;
 109     DominatorTree *DT;
 110     const DataLayout *DL;
 111     TargetLibraryInfo *TLI;
 112
 113     std::string Messages;
 114     raw_string_ostream MessagesStr;
 115
 116     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
 117     Lint() : FunctionPass(ID), MessagesStr(Messages) {
 118       initializeLintPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 119     }
 120
 121     bool runOnFunction(Function &F) override;
 122
 123     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
 124       AU.setPreservesAll();
 125       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
 126       AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
 127       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
 128       AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
 129     }
 130     void print(raw_ostream &O, const Module *M) const override {}
 131
 132     void WriteValue(const Value *V) {
 133       if (!V) return;
 134       if (isa<Instruction>(V)) {
 135         MessagesStr << *V << '\n';
 136       } else {
 137         V->printAsOperand(MessagesStr, true, Mod);
 138         MessagesStr << '\n';
 139       }
 140     }
 141
 142     // CheckFailed - A check failed, so print out the condition and the message
 143     // that failed.  This provides a nice place to put a breakpoint if you want
 144     // to see why something is not correct.
 145     void CheckFailed(const Twine &Message,
 146                      const Value *V1 = nullptr, const Value *V2 = nullptr,
 147                      const Value *V3 = nullptr, const Value *V4 = nullptr) {
 148       MessagesStr << Message.str() << "\n";
 149       WriteValue(V1);
 150       WriteValue(V2);
 151       WriteValue(V3);
 152       WriteValue(V4);
 153     }
 154   };
 155 }
 156
 157 char Lint::ID = 0;
 158 INITIALIZE_PASS_BEGIN(Lint, "lint", "Statically lint-checks LLVM IR",
 159                       false, true)
 160 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
 161 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
 162 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
 163 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
 164 INITIALIZE_PASS_END(Lint, "lint", "Statically lint-checks LLVM IR",
 165                     false, true)
 166
 167 // Assert - We know that cond should be true, if not print an error message.
 168 #define Assert(C, M) \
 169     do { if (!(C)) { CheckFailed(M); return; } } while (0)
 170 #define Assert1(C, M, V1) \
 171     do { if (!(C)) { CheckFailed(M, V1); return; } } while (0)
 172 #define Assert2(C, M, V1, V2) \
 173     do { if (!(C)) { CheckFailed(M, V1, V2); return; } } while (0)
 174 #define Assert3(C, M, V1, V2, V3) \
 175     do { if (!(C)) { CheckFailed(M, V1, V2, V3); return; } } while (0)
 176 #define Assert4(C, M, V1, V2, V3, V4) \
 177     do { if (!(C)) { CheckFailed(M, V1, V2, V3, V4); return; } } while (0)
 178
 179 // Lint::run - This is the main Analysis entry point for a
 180 // function.
 181 //
 182 bool Lint::runOnFunction(Function &F) {
 183   Mod = F.getParent();
 184   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
 185   AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
 186   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
 187   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
 188   DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
 189   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
 190   visit(F);
 191   dbgs() << MessagesStr.str();
 192   Messages.clear();
 193   return false;
 194 }
 195
 196 void Lint::visitFunction(Function &F) {
 197   // This isn't undefined behavior, it's just a little unusual, and it's a
 198   // fairly common mistake to neglect to name a function.
 199   Assert1(F.hasName() || F.hasLocalLinkage(),
 200           "Unusual: Unnamed function with non-local linkage", &F);
 201
 202   // TODO: Check for irreducible control flow.
 203 }
 204
 205 void Lint::visitCallSite(CallSite CS) {
 206   Instruction &I = *CS.getInstruction();
 207   Value *Callee = CS.getCalledValue();
 208
 209   visitMemoryReference(I, Callee, AliasAnalysis::UnknownSize,
 210                        0, nullptr, MemRef::Callee);
 211
 212   if (Function *F = dyn_cast<Function>(findValue(Callee, /*OffsetOk=*/false))) {
 213     Assert1(CS.getCallingConv() == F->getCallingConv(),
 214             "Undefined behavior: Caller and callee calling convention differ",
 215             &I);
 216
 217     FunctionType *FT = F->getFunctionType();
 218     unsigned NumActualArgs = CS.arg_size();
 219
 220     Assert1(FT->isVarArg() ?
 221               FT->getNumParams() <= NumActualArgs :
 222               FT->getNumParams() == NumActualArgs,
 223             "Undefined behavior: Call argument count mismatches callee "
 224             "argument count", &I);
 225
 226     Assert1(FT->getReturnType() == I.getType(),
 227             "Undefined behavior: Call return type mismatches "
 228             "callee return type", &I);
 229
 230     // Check argument types (in case the callee was casted) and attributes.
 231     // TODO: Verify that caller and callee attributes are compatible.
 232     Function::arg_iterator PI = F->arg_begin(), PE = F->arg_end();
 233     CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin(), AE = CS.arg_end();
 234     for (; AI != AE; ++AI) {
 235       Value *Actual = *AI;
 236       if (PI != PE) {
 237         Argument *Formal = PI++;
 238         Assert1(Formal->getType() == Actual->getType(),
 239                 "Undefined behavior: Call argument type mismatches "
 240                 "callee parameter type", &I);
 241
 242         // Check that noalias arguments don't alias other arguments. This is
 243         // not fully precise because we don't know the sizes of the dereferenced
 244         // memory regions.
 245         if (Formal->hasNoAliasAttr() && Actual->getType()->isPointerTy())
 246           for (CallSite::arg_iterator BI = CS.arg_begin(); BI != AE; ++BI)
 247             if (AI != BI && (*BI)->getType()->isPointerTy()) {
 248               AliasAnalysis::AliasResult Result = AA->alias(*AI, *BI);
 249               Assert1(Result != AliasAnalysis::MustAlias &&
 250                       Result != AliasAnalysis::PartialAlias,
 251                       "Unusual: noalias argument aliases another argument", &I);
 252             }
 253
 254         // Check that an sret argument points to valid memory.
 255         if (Formal->hasStructRetAttr() && Actual->getType()->isPointerTy()) {
 256           Type *Ty =
 257             cast<PointerType>(Formal->getType())->getElementType();
 258           visitMemoryReference(I, Actual, AA->getTypeStoreSize(Ty),
 259                                DL ? DL->getABITypeAlignment(Ty) : 0,
 260                                Ty, MemRef::Read | MemRef::Write);
 261         }
 262       }
 263     }
 264   }
 265
 266   if (CS.isCall() && cast<CallInst>(CS.getInstruction())->isTailCall())
 267     for (CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin(), AE = CS.arg_end();
 268          AI != AE; ++AI) {
 269       Value *Obj = findValue(*AI, /*OffsetOk=*/true);
 270       Assert1(!isa<AllocaInst>(Obj),
 271               "Undefined behavior: Call with \"tail\" keyword references "
 272               "alloca", &I);
 273     }
 274
 275
 276   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(&I))
 277     switch (II->getIntrinsicID()) {
 278     default: break;
 279
 280     // TODO: Check more intrinsics
 281
 282     case Intrinsic::memcpy: {
 283       MemCpyInst *MCI = cast<MemCpyInst>(&I);
 284       // TODO: If the size is known, use it.
 285       visitMemoryReference(I, MCI->getDest(), AliasAnalysis::UnknownSize,
 286                            MCI->getAlignment(), nullptr,
 287                            MemRef::Write);
 288       visitMemoryReference(I, MCI->getSource(), AliasAnalysis::UnknownSize,
 289                            MCI->getAlignment(), nullptr,
 290                            MemRef::Read);
 291
 292       // Check that the memcpy arguments don't overlap. The AliasAnalysis API
 293       // isn't expressive enough for what we really want to do. Known partial
 294       // overlap is not distinguished from the case where nothing is known.
 295       uint64_t Size = 0;
 296       if (const ConstantInt *Len =
 297             dyn_cast<ConstantInt>(findValue(MCI->getLength(),
 298                                             /*OffsetOk=*/false)))
 299         if (Len->getValue().isIntN(32))
 300           Size = Len->getValue().getZExtValue();
 301       Assert1(AA->alias(MCI->getSource(), Size, MCI->getDest(), Size) !=
 302               AliasAnalysis::MustAlias,
 303               "Undefined behavior: memcpy source and destination overlap", &I);
 304       break;
 305     }
 306     case Intrinsic::memmove: {
 307       MemMoveInst *MMI = cast<MemMoveInst>(&I);
 308       // TODO: If the size is known, use it.
 309       visitMemoryReference(I, MMI->getDest(), AliasAnalysis::UnknownSize,
 310                            MMI->getAlignment(), nullptr,
 311                            MemRef::Write);
 312       visitMemoryReference(I, MMI->getSource(), AliasAnalysis::UnknownSize,
 313                            MMI->getAlignment(), nullptr,
 314                            MemRef::Read);
 315       break;
 316     }
 317     case Intrinsic::memset: {
 318       MemSetInst *MSI = cast<MemSetInst>(&I);
 319       // TODO: If the size is known, use it.
 320       visitMemoryReference(I, MSI->getDest(), AliasAnalysis::UnknownSize,
 321                            MSI->getAlignment(), nullptr,
 322                            MemRef::Write);
 323       break;
 324     }
 325
 326     case Intrinsic::vastart:
 327       Assert1(I.getParent()->getParent()->isVarArg(),
 328               "Undefined behavior: va_start called in a non-varargs function",
 329               &I);
 330
 331       visitMemoryReference(I, CS.getArgument(0), AliasAnalysis::UnknownSize,
 332                            0, nullptr, MemRef::Read | MemRef::Write);
 333       break;
 334     case Intrinsic::vacopy:
 335       visitMemoryReference(I, CS.getArgument(0), AliasAnalysis::UnknownSize,
 336                            0, nullptr, MemRef::Write);
 337       visitMemoryReference(I, CS.getArgument(1), AliasAnalysis::UnknownSize,
 338                            0, nullptr, MemRef::Read);
 339       break;
 340     case Intrinsic::vaend:
 341       visitMemoryReference(I, CS.getArgument(0), AliasAnalysis::UnknownSize,
 342                            0, nullptr, MemRef::Read | MemRef::Write);
 343       break;
 344
 345     case Intrinsic::stackrestore:
 346       // Stackrestore doesn't read or write memory, but it sets the
 347       // stack pointer, which the compiler may read from or write to
 348       // at any time, so check it for both readability and writeability.
 349       visitMemoryReference(I, CS.getArgument(0), AliasAnalysis::UnknownSize,
 350                            0, nullptr, MemRef::Read | MemRef::Write);
 351       break;
 352
 353     case Intrinsic::eh_begincatch:
 354       visitEHBeginCatch(II);
 355       break;
 356     case Intrinsic::eh_endcatch:
 357       visitEHEndCatch(II);
 358       break;
 359     }
 360 }
 361
 362 void Lint::visitCallInst(CallInst &I) {
 363   return visitCallSite(&I);
 364 }
 365
 366 void Lint::visitInvokeInst(InvokeInst &I) {
 367   return visitCallSite(&I);
 368 }
 369
 370 void Lint::visitReturnInst(ReturnInst &I) {
 371   Function *F = I.getParent()->getParent();
 372   Assert1(!F->doesNotReturn(),
 373           "Unusual: Return statement in function with noreturn attribute",
 374           &I);
 375
 376   if (Value *V = I.getReturnValue()) {
 377     Value *Obj = findValue(V, /*OffsetOk=*/true);
 378     Assert1(!isa<AllocaInst>(Obj),
 379             "Unusual: Returning alloca value", &I);
 380   }
 381 }
 382
 383 // TODO: Check that the reference is in bounds.
 384 // TODO: Check readnone/readonly function attributes.
 385 void Lint::visitMemoryReference(Instruction &I,
 386                                 Value *Ptr, uint64_t Size, unsigned Align,
 387                                 Type *Ty, unsigned Flags) {
 388   // If no memory is being referenced, it doesn't matter if the pointer
 389   // is valid.
 390   if (Size == 0)
 391     return;
 392
 393   Value *UnderlyingObject = findValue(Ptr, /*OffsetOk=*/true);
 394   Assert1(!isa<ConstantPointerNull>(UnderlyingObject),
 395           "Undefined behavior: Null pointer dereference", &I);
 396   Assert1(!isa<UndefValue>(UnderlyingObject),
 397           "Undefined behavior: Undef pointer dereference", &I);
 398   Assert1(!isa<ConstantInt>(UnderlyingObject) ||
 399           !cast<ConstantInt>(UnderlyingObject)->isAllOnesValue(),
 400           "Unusual: All-ones pointer dereference", &I);
 401   Assert1(!isa<ConstantInt>(UnderlyingObject) ||
 402           !cast<ConstantInt>(UnderlyingObject)->isOne(),
 403           "Unusual: Address one pointer dereference", &I);
 404
 405   if (Flags & MemRef::Write) {
 406     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(UnderlyingObject))
 407       Assert1(!GV->isConstant(),
 408               "Undefined behavior: Write to read-only memory", &I);
 409     Assert1(!isa<Function>(UnderlyingObject) &&
 410             !isa<BlockAddress>(UnderlyingObject),
 411             "Undefined behavior: Write to text section", &I);
 412   }
 413   if (Flags & MemRef::Read) {
 414     Assert1(!isa<Function>(UnderlyingObject),
 415             "Unusual: Load from function body", &I);
 416     Assert1(!isa<BlockAddress>(UnderlyingObject),
 417             "Undefined behavior: Load from block address", &I);
 418   }
 419   if (Flags & MemRef::Callee) {
 420     Assert1(!isa<BlockAddress>(UnderlyingObject),
 421             "Undefined behavior: Call to block address", &I);
 422   }
 423   if (Flags & MemRef::Branchee) {
 424     Assert1(!isa<Constant>(UnderlyingObject) ||
 425             isa<BlockAddress>(UnderlyingObject),
 426             "Undefined behavior: Branch to non-blockaddress", &I);
 427   }
 428
 429   // Check for buffer overflows and misalignment.
 430   // Only handles memory references that read/write something simple like an
 431   // alloca instruction or a global variable.
 432   int64_t Offset = 0;
 433   if (Value *Base = GetPointerBaseWithConstantOffset(Ptr, Offset, DL)) {
 434     // OK, so the access is to a constant offset from Ptr.  Check that Ptr is
 435     // something we can handle and if so extract the size of this base object
 436     // along with its alignment.
 437     uint64_t BaseSize = AliasAnalysis::UnknownSize;
 438     unsigned BaseAlign = 0;
 439
 440     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Base)) {
 441       Type *ATy = AI->getAllocatedType();
 442       if (DL && !AI->isArrayAllocation() && ATy->isSized())
 443         BaseSize = DL->getTypeAllocSize(ATy);
 444       BaseAlign = AI->getAlignment();
 445       if (DL && BaseAlign == 0 && ATy->isSized())
 446         BaseAlign = DL->getABITypeAlignment(ATy);
 447     } else if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Base)) {
 448       // If the global may be defined differently in another compilation unit
 449       // then don't warn about funky memory accesses.
 450       if (GV->hasDefinitiveInitializer()) {
 451         Type *GTy = GV->getType()->getElementType();
 452         if (DL && GTy->isSized())
 453           BaseSize = DL->getTypeAllocSize(GTy);
 454         BaseAlign = GV->getAlignment();
 455         if (DL && BaseAlign == 0 && GTy->isSized())
 456           BaseAlign = DL->getABITypeAlignment(GTy);
 457       }
 458     }
 459
 460     // Accesses from before the start or after the end of the object are not
 461     // defined.
 462     Assert1(Size == AliasAnalysis::UnknownSize ||
 463             BaseSize == AliasAnalysis::UnknownSize ||
 464             (Offset >= 0 && Offset + Size <= BaseSize),
 465             "Undefined behavior: Buffer overflow", &I);
 466
 467     // Accesses that say that the memory is more aligned than it is are not
 468     // defined.
 469     if (DL && Align == 0 && Ty && Ty->isSized())
 470       Align = DL->getABITypeAlignment(Ty);
 471     Assert1(!BaseAlign || Align <= MinAlign(BaseAlign, Offset),
 472             "Undefined behavior: Memory reference address is misaligned", &I);
 473   }
 474 }
 475
 476 void Lint::visitLoadInst(LoadInst &I) {
 477   visitMemoryReference(I, I.getPointerOperand(),
 478                        AA->getTypeStoreSize(I.getType()), I.getAlignment(),
 479                        I.getType(), MemRef::Read);
 480 }
 481
 482 void Lint::visitStoreInst(StoreInst &I) {
 483   visitMemoryReference(I, I.getPointerOperand(),
 484                        AA->getTypeStoreSize(I.getOperand(0)->getType()),
 485                        I.getAlignment(),
 486                        I.getOperand(0)->getType(), MemRef::Write);
 487 }
 488
 489 void Lint::visitXor(BinaryOperator &I) {
 490   Assert1(!isa<UndefValue>(I.getOperand(0)) ||
 491           !isa<UndefValue>(I.getOperand(1)),
 492           "Undefined result: xor(undef, undef)", &I);
 493 }
 494
 495 void Lint::visitSub(BinaryOperator &I) {
 496   Assert1(!isa<UndefValue>(I.getOperand(0)) ||
 497           !isa<UndefValue>(I.getOperand(1)),
 498           "Undefined result: sub(undef, undef)", &I);
 499 }
 500
 501 void Lint::visitLShr(BinaryOperator &I) {
 502   if (ConstantInt *CI =
 503         dyn_cast<ConstantInt>(findValue(I.getOperand(1), /*OffsetOk=*/false)))
 504     Assert1(CI->getValue().ult(cast<IntegerType>(I.getType())->getBitWidth()),
 505             "Undefined result: Shift count out of range", &I);
 506 }
 507
 508 void Lint::visitAShr(BinaryOperator &I) {
 509   if (ConstantInt *CI =
 510         dyn_cast<ConstantInt>(findValue(I.getOperand(1), /*OffsetOk=*/false)))
 511     Assert1(CI->getValue().ult(cast<IntegerType>(I.getType())->getBitWidth()),
 512             "Undefined result: Shift count out of range", &I);
 513 }
 514
 515 void Lint::visitShl(BinaryOperator &I) {
 516   if (ConstantInt *CI =
 517         dyn_cast<ConstantInt>(findValue(I.getOperand(1), /*OffsetOk=*/false)))
 518     Assert1(CI->getValue().ult(cast<IntegerType>(I.getType())->getBitWidth()),
 519             "Undefined result: Shift count out of range", &I);
 520 }
 521
 522 static bool
 523 allPredsCameFromLandingPad(BasicBlock *BB,
 524                            SmallSet<BasicBlock *, 4> &VisitedBlocks) {
 525   VisitedBlocks.insert(BB);
 526   if (BB->isLandingPad())
 527     return true;
 528   // If we find a block with no predecessors, the search failed.
 529   if (pred_empty(BB))
 530     return false;
 531   for (BasicBlock *Pred : predecessors(BB)) {
 532     if (VisitedBlocks.count(Pred))
 533       continue;
 534     if (!allPredsCameFromLandingPad(Pred, VisitedBlocks))
 535       return false;
 536   }
 537   return true;
 538 }
 539
 540 static bool
 541 allSuccessorsReachEndCatch(BasicBlock *BB, BasicBlock::iterator InstBegin,
 542                            IntrinsicInst **SecondBeginCatch,
 543                            SmallSet<BasicBlock *, 4> &VisitedBlocks) {
 544   VisitedBlocks.insert(BB);
 545   for (BasicBlock::iterator I = InstBegin, E = BB->end(); I != E; ++I) {
 546     IntrinsicInst *IC = dyn_cast<IntrinsicInst>(I);
 547     if (IC && IC->getIntrinsicID() == Intrinsic::eh_endcatch)
 548       return true;
 549     // If we find another begincatch while looking for an endcatch,
 550     // that's also an error.
 551     if (IC && IC->getIntrinsicID() == Intrinsic::eh_begincatch) {
 552       *SecondBeginCatch = IC;
 553       return false;
 554     }
 555   }
 556
 557   // If we reach a block with no successors while searching, the
 558   // search has failed.
 559   if (succ_empty(BB))
 560     return false;
 561   // Otherwise, search all of the successors.
 562   for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
 563     if (VisitedBlocks.count(Succ))
 564       continue;
 565     if (!allSuccessorsReachEndCatch(Succ, Succ->begin(), SecondBeginCatch,
 566                                     VisitedBlocks))
 567       return false;
 568   }
 569   return true;
 570 }
 571
 572 void Lint::visitEHBeginCatch(IntrinsicInst *II) {
 573   // The checks in this function make a potentially dubious assumption about
 574   // the CFG, namely that any block involved in a catch is only used for the
 575   // catch.  This will very likely be true of IR generated by a front end,
 576   // but it may cease to be true, for example, if the IR is run through a
 577   // pass which combines similar blocks.
 578   //
 579   // In general, if we encounter a block the isn't dominated by the catch
 580   // block while we are searching the catch block's successors for a call
 581   // to end catch intrinsic, then it is possible that it will be legal for
 582   // a path through this block to never reach a call to llvm.eh.endcatch.
 583   // An analogous statement could be made about our search for a landing
 584   // pad among the catch block's predecessors.
 585   //
 586   // What is actually required is that no path is possible at runtime that
 587   // reaches a call to llvm.eh.begincatch without having previously visited
 588   // a landingpad instruction and that no path is possible at runtime that
 589   // calls llvm.eh.begincatch and does not subsequently call llvm.eh.endcatch
 590   // (mentally adjusting for the fact that in reality these calls will be
 591   // removed before code generation).
 592   //
 593   // Because this is a lint check, we take a pessimistic approach and warn if
 594   // the control flow is potentially incorrect.
 595
 596   SmallSet<BasicBlock *, 4> VisitedBlocks;
 597   BasicBlock *CatchBB = II->getParent();
 598
 599   // The begin catch must occur in a landing pad block or all paths
 600   // to it must have come from a landing pad.
 601   Assert1(allPredsCameFromLandingPad(CatchBB, VisitedBlocks),
 602           "llvm.eh.begincatch may be reachable without passing a landingpad",
 603           II);
 604
 605   // Reset the visited block list.
 606   VisitedBlocks.clear();
 607
 608   IntrinsicInst *SecondBeginCatch = nullptr;
 609
 610   // This has to be called before it is asserted.  Otherwise, the first assert
 611   // below can never be hit.
 612   bool EndCatchFound = allSuccessorsReachEndCatch(
 613       CatchBB, std::next(static_cast<BasicBlock::iterator>(II)),
 614       &SecondBeginCatch, VisitedBlocks);
 615   Assert2(
 616       SecondBeginCatch == nullptr,
 617       "llvm.eh.begincatch may be called a second time before llvm.eh.endcatch",
 618       II, SecondBeginCatch);
 619   Assert1(EndCatchFound,
 620           "Some paths from llvm.eh.begincatch may not reach llvm.eh.endcatch",
 621           II);
 622 }
 623
 624 static bool allPredCameFromBeginCatch(
 625     BasicBlock *BB, BasicBlock::reverse_iterator InstRbegin,
 626     IntrinsicInst **SecondEndCatch, SmallSet<BasicBlock *, 4> &VisitedBlocks) {
 627   VisitedBlocks.insert(BB);
 628   // Look for a begincatch in this block.
 629   for (BasicBlock::reverse_iterator RI = InstRbegin, RE = BB->rend(); RI != RE;
 630        ++RI) {
 631     IntrinsicInst *IC = dyn_cast<IntrinsicInst>(&*RI);
 632     if (IC && IC->getIntrinsicID() == Intrinsic::eh_begincatch)
 633       return true;
 634     // If we find another end catch before we find a begin catch, that's
 635     // an error.
 636     if (IC && IC->getIntrinsicID() == Intrinsic::eh_endcatch) {
 637       *SecondEndCatch = IC;
 638       return false;
 639     }
 640     // If we encounter a landingpad instruction, the search failed.
 641     if (isa<LandingPadInst>(*RI))
 642       return false;
 643   }
 644   // If while searching we find a block with no predeccesors,
 645   // the search failed.
 646   if (pred_empty(BB))
 647     return false;
 648   // Search any predecessors we haven't seen before.
 649   for (BasicBlock *Pred : predecessors(BB)) {
 650     if (VisitedBlocks.count(Pred))
 651       continue;
 652     if (!allPredCameFromBeginCatch(Pred, Pred->rbegin(), SecondEndCatch,
 653                                    VisitedBlocks))
 654       return false;
 655   }
 656   return true;
 657 }
 658
 659 void Lint::visitEHEndCatch(IntrinsicInst *II) {
 660   // The check in this function makes a potentially dubious assumption about
 661   // the CFG, namely that any block involved in a catch is only used for the
 662   // catch.  This will very likely be true of IR generated by a front end,
 663   // but it may cease to be true, for example, if the IR is run through a
 664   // pass which combines similar blocks.
 665   //
 666   // In general, if we encounter a block the isn't post-dominated by the
 667   // end catch block while we are searching the end catch block's predecessors
 668   // for a call to the begin catch intrinsic, then it is possible that it will
 669   // be legal for a path to reach the end catch block without ever having
 670   // called llvm.eh.begincatch.
 671   //
 672   // What is actually required is that no path is possible at runtime that
 673   // reaches a call to llvm.eh.endcatch without having previously visited
 674   // a call to llvm.eh.begincatch (mentally adjusting for the fact that in
 675   // reality these calls will be removed before code generation).
 676   //
 677   // Because this is a lint check, we take a pessimistic approach and warn if
 678   // the control flow is potentially incorrect.
 679
 680   BasicBlock *EndCatchBB = II->getParent();
 681
 682   // Alls paths to the end catch call must pass through a begin catch call.
 683
 684   // If llvm.eh.begincatch wasn't called in the current block, we'll use this
 685   // lambda to recursively look for it in predecessors.
 686   SmallSet<BasicBlock *, 4> VisitedBlocks;
 687   IntrinsicInst *SecondEndCatch = nullptr;
 688
 689   // This has to be called before it is asserted.  Otherwise, the first assert
 690   // below can never be hit.
 691   bool BeginCatchFound =
 692       allPredCameFromBeginCatch(EndCatchBB, BasicBlock::reverse_iterator(II),
 693                                 &SecondEndCatch, VisitedBlocks);
 694   Assert2(
 695       SecondEndCatch == nullptr,
 696       "llvm.eh.endcatch may be called a second time after llvm.eh.begincatch",
 697       II, SecondEndCatch);
 698   Assert1(
 699       BeginCatchFound,
 700       "llvm.eh.endcatch may be reachable without passing llvm.eh.begincatch",
 701       II);
 702 }
 703
 704 static bool isZero(Value *V, const DataLayout *DL, DominatorTree *DT,
 705                    AssumptionCache *AC) {
 706   // Assume undef could be zero.
 707   if (isa<UndefValue>(V))
 708     return true;
 709
 710   VectorType *VecTy = dyn_cast<VectorType>(V->getType());
 711   if (!VecTy) {
 712     unsigned BitWidth = V->getType()->getIntegerBitWidth();
 713     APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
 714     computeKnownBits(V, KnownZero, KnownOne, DL, 0, AC,
 715                      dyn_cast<Instruction>(V), DT);
 716     return KnownZero.isAllOnesValue();
 717   }
 718
 719   // Per-component check doesn't work with zeroinitializer
 720   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
 721   if (!C)
 722     return false;
 723
 724   if (C->isZeroValue())
 725     return true;
 726
 727   // For a vector, KnownZero will only be true if all values are zero, so check
 728   // this per component
 729   unsigned BitWidth = VecTy->getElementType()->getIntegerBitWidth();
 730   for (unsigned I = 0, N = VecTy->getNumElements(); I != N; ++I) {
 731     Constant *Elem = C->getAggregateElement(I);
 732     if (isa<UndefValue>(Elem))
 733       return true;
 734
 735     APInt KnownZero(BitWidth, 0), KnownOne(BitWidth, 0);
 736     computeKnownBits(Elem, KnownZero, KnownOne, DL);
 737     if (KnownZero.isAllOnesValue())
 738       return true;
 739   }
 740
 741   return false;
 742 }
 743
 744 void Lint::visitSDiv(BinaryOperator &I) {
 745   Assert1(!isZero(I.getOperand(1), DL, DT, AC),
 746           "Undefined behavior: Division by zero", &I);
 747 }
 748
 749 void Lint::visitUDiv(BinaryOperator &I) {
 750   Assert1(!isZero(I.getOperand(1), DL, DT, AC),
 751           "Undefined behavior: Division by zero", &I);
 752 }
 753
 754 void Lint::visitSRem(BinaryOperator &I) {
 755   Assert1(!isZero(I.getOperand(1), DL, DT, AC),
 756           "Undefined behavior: Division by zero", &I);
 757 }
 758
 759 void Lint::visitURem(BinaryOperator &I) {
 760   Assert1(!isZero(I.getOperand(1), DL, DT, AC),
 761           "Undefined behavior: Division by zero", &I);
 762 }
 763
 764 void Lint::visitAllocaInst(AllocaInst &I) {
 765   if (isa<ConstantInt>(I.getArraySize()))
 766     // This isn't undefined behavior, it's just an obvious pessimization.
 767     Assert1(&I.getParent()->getParent()->getEntryBlock() == I.getParent(),
 768             "Pessimization: Static alloca outside of entry block", &I);
 769
 770   // TODO: Check for an unusual size (MSB set?)
 771 }
 772
 773 void Lint::visitVAArgInst(VAArgInst &I) {
 774   visitMemoryReference(I, I.getOperand(0), AliasAnalysis::UnknownSize, 0,
 775                        nullptr, MemRef::Read | MemRef::Write);
 776 }
 777
 778 void Lint::visitIndirectBrInst(IndirectBrInst &I) {
 779   visitMemoryReference(I, I.getAddress(), AliasAnalysis::UnknownSize, 0,
 780                        nullptr, MemRef::Branchee);
 781
 782   Assert1(I.getNumDestinations() != 0,
 783           "Undefined behavior: indirectbr with no destinations", &I);
 784 }
 785
 786 void Lint::visitExtractElementInst(ExtractElementInst &I) {
 787   if (ConstantInt *CI =
 788         dyn_cast<ConstantInt>(findValue(I.getIndexOperand(),
 789                                         /*OffsetOk=*/false)))
 790     Assert1(CI->getValue().ult(I.getVectorOperandType()->getNumElements()),
 791             "Undefined result: extractelement index out of range", &I);
 792 }
 793
 794 void Lint::visitInsertElementInst(InsertElementInst &I) {
 795   if (ConstantInt *CI =
 796         dyn_cast<ConstantInt>(findValue(I.getOperand(2),
 797                                         /*OffsetOk=*/false)))
 798     Assert1(CI->getValue().ult(I.getType()->getNumElements()),
 799             "Undefined result: insertelement index out of range", &I);
 800 }
 801
 802 void Lint::visitUnreachableInst(UnreachableInst &I) {
 803   // This isn't undefined behavior, it's merely suspicious.
 804   Assert1(&I == I.getParent()->begin() ||
 805           std::prev(BasicBlock::iterator(&I))->mayHaveSideEffects(),
 806           "Unusual: unreachable immediately preceded by instruction without "
 807           "side effects", &I);
 808 }
 809
 810 /// findValue - Look through bitcasts and simple memory reference patterns
 811 /// to identify an equivalent, but more informative, value.  If OffsetOk
 812 /// is true, look through getelementptrs with non-zero offsets too.
 813 ///
 814 /// Most analysis passes don't require this logic, because instcombine
 815 /// will simplify most of these kinds of things away. But it's a goal of
 816 /// this Lint pass to be useful even on non-optimized IR.
 817 Value *Lint::findValue(Value *V, bool OffsetOk) const {
 818   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
 819   return findValueImpl(V, OffsetOk, Visited);
 820 }
 821
 822 /// findValueImpl - Implementation helper for findValue.
 823 Value *Lint::findValueImpl(Value *V, bool OffsetOk,
 824                            SmallPtrSetImpl<Value *> &Visited) const {
 825   // Detect self-referential values.
 826   if (!Visited.insert(V).second)
 827     return UndefValue::get(V->getType());
 828
 829   // TODO: Look through sext or zext cast, when the result is known to
 830   // be interpreted as signed or unsigned, respectively.
 831   // TODO: Look through eliminable cast pairs.
 832   // TODO: Look through calls with unique return values.
 833   // TODO: Look through vector insert/extract/shuffle.
 834   V = OffsetOk ? GetUnderlyingObject(V, DL) : V->stripPointerCasts();
 835   if (LoadInst *L = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
 836     BasicBlock::iterator BBI = L;
 837     BasicBlock *BB = L->getParent();
 838     SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> VisitedBlocks;
 839     for (;;) {
 840       if (!VisitedBlocks.insert(BB).second)
 841         break;
 842       if (Value *U = FindAvailableLoadedValue(L->getPointerOperand(),
 843                                               BB, BBI, 6, AA))
 844         return findValueImpl(U, OffsetOk, Visited);
 845       if (BBI != BB->begin()) break;
 846       BB = BB->getUniquePredecessor();
 847       if (!BB) break;
 848       BBI = BB->end();
 849     }
 850   } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
 851     if (Value *W = PN->hasConstantValue())
 852       if (W != V)
 853         return findValueImpl(W, OffsetOk, Visited);
 854   } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V)) {
 855     if (CI->isNoopCast(DL))
 856       return findValueImpl(CI->getOperand(0), OffsetOk, Visited);
 857   } else if (ExtractValueInst *Ex = dyn_cast<ExtractValueInst>(V)) {
 858     if (Value *W = FindInsertedValue(Ex->getAggregateOperand(),
 859                                      Ex->getIndices()))
 860       if (W != V)
 861         return findValueImpl(W, OffsetOk, Visited);
 862   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V)) {
 863     // Same as above, but for ConstantExpr instead of Instruction.
 864     if (Instruction::isCast(CE->getOpcode())) {
 865       if (CastInst::isNoopCast(Instruction::CastOps(CE->getOpcode()),
 866                                CE->getOperand(0)->getType(),
 867                                CE->getType(),
 868                                DL ? DL->getIntPtrType(V->getType()) :
 869                                     Type::getInt64Ty(V->getContext())))
 870         return findValueImpl(CE->getOperand(0), OffsetOk, Visited);
 871     } else if (CE->getOpcode() == Instruction::ExtractValue) {
 872       ArrayRef<unsigned> Indices = CE->getIndices();
 873       if (Value *W = FindInsertedValue(CE->getOperand(0), Indices))
 874         if (W != V)
 875           return findValueImpl(W, OffsetOk, Visited);
 876     }
 877   }
 878
 879   // As a last resort, try SimplifyInstruction or constant folding.
 880   if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
 881     if (Value *W = SimplifyInstruction(Inst, DL, TLI, DT, AC))
 882       return findValueImpl(W, OffsetOk, Visited);
 883   } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V)) {
 884     if (Value *W = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI))
 885       if (W != V)
 886         return findValueImpl(W, OffsetOk, Visited);
 887   }
 888
 889   return V;
 890 }
 891
 892 //===----------------------------------------------------------------------===//
 893 //  Implement the public interfaces to this file...
 894 //===----------------------------------------------------------------------===//
 895
 896 FunctionPass *llvm::createLintPass() {
 897   return new Lint();
 898 }
 899
 900 /// lintFunction - Check a function for errors, printing messages on stderr.
 901 ///
 902 void llvm::lintFunction(const Function &f) {
 903   Function &F = const_cast<Function&>(f);
 904   assert(!F.isDeclaration() && "Cannot lint external functions");
 905
 906   FunctionPassManager FPM(F.getParent());
 907   Lint *V = new Lint();
 908   FPM.add(V);
 909   FPM.run(F);
 910 }
 911
 912 /// lintModule - Check a module for errors, printing messages on stderr.
 913 ///
 914 void llvm::lintModule(const Module &M) {
 915   PassManager PM;
 916   Lint *V = new Lint();
 917   PM.add(V);
 918   PM.run(const_cast<Module&>(M));
 919 }