51e0d2ddddb8ce79bde4d2e60659736e259407f8
[oota-llvm.git] / lib / VMCore / Verifier.cpp
1 //===-- Verifier.cpp - Implement the Module Verifier -------------*- C++ -*-==//
2 //
3 // This file defines the function verifier interface, that can be used for some
4 // sanity checking of input to the system.
5 //
6 // Note that this does not provide full 'java style' security and verifications,
7 // instead it just tries to ensure that code is well formed.
8 //
9 //  * Both of a binary operator's parameters are the same type
10 //  * Verify that the indices of mem access instructions match other operands
11 //  * Verify that arithmetic and other things are only performed on first class
12 //    types.  Verify that shifts & logicals only happen on integrals f.e.
13 //  . All of the constants in a switch statement are of the correct type
14 //  * The code is in valid SSA form
15 //  . It should be illegal to put a label into any other type (like a structure)
16 //    or to return one. [except constant arrays!]
17 //  * Only phi nodes can be self referential: 'add int %0, %0 ; <int>:0' is bad
18 //  * PHI nodes must have an entry for each predecessor, with no extras.
19 //  * PHI nodes must be the first thing in a basic block, all grouped together
20 //  * All basic blocks should only end with terminator insts, not contain them
21 //  * The entry node to a function must not have predecessors
22 //  * All Instructions must be embeded into a basic block
23 //  . Function's cannot take a void typed parameter
24 //  * Verify that a function's argument list agrees with it's declared type.
25 //  . Verify that arrays and structures have fixed elements: No unsized arrays.
26 //  * It is illegal to specify a name for a void value.
27 //  * It is illegal to have a internal function that is just a declaration
28 //  * It is illegal to have a ret instruction that returns a value that does not
29 //    agree with the function return value type.
30 //  * Function call argument types match the function prototype
31 //  * All other things that are tested by asserts spread about the code...
32 //
33 //===----------------------------------------------------------------------===//
34
35 #include "llvm/Analysis/Verifier.h"
36 #include "llvm/Pass.h"
37 #include "llvm/Module.h"
38 #include "llvm/DerivedTypes.h"
39 #include "llvm/iPHINode.h"
40 #include "llvm/iTerminators.h"
41 #include "llvm/iOther.h"
42 #include "llvm/iOperators.h"
43 #include "llvm/iMemory.h"
44 #include "llvm/SymbolTable.h"
45 #include "llvm/PassManager.h"
46 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
47 #include "llvm/Support/CFG.h"
48 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
49 #include "Support/STLExtras.h"
50 #include <algorithm>
51
52 namespace {  // Anonymous namespace for class
53
54   struct Verifier : public FunctionPass, InstVisitor<Verifier> {
55     bool Broken;          // Is this module found to be broken?
56     bool RealPass;        // Are we not being run by a PassManager?
57     bool AbortBroken;     // If broken, should it or should it not abort?
58     
59     DominatorSet *DS; // Dominator set, caution can be null!
60
61     Verifier() : Broken(false), RealPass(true), AbortBroken(true), DS(0) {}
62     Verifier(bool AB) : Broken(false), RealPass(true), AbortBroken(AB), DS(0) {}
63     Verifier(DominatorSet &ds) 
64       : Broken(false), RealPass(false), AbortBroken(false), DS(&ds) {}
65
66
67     bool doInitialization(Module &M) {
68       verifySymbolTable(M.getSymbolTable());
69
70       // If this is a real pass, in a pass manager, we must abort before
71       // returning back to the pass manager, or else the pass manager may try to
72       // run other passes on the broken module.
73       //
74       if (RealPass)
75         abortIfBroken();
76       return false;
77     }
78
79     bool runOnFunction(Function &F) {
80       // Get dominator information if we are being run by PassManager
81       if (RealPass) DS = &getAnalysis<DominatorSet>();
82       visit(F);
83
84       // If this is a real pass, in a pass manager, we must abort before
85       // returning back to the pass manager, or else the pass manager may try to
86       // run other passes on the broken module.
87       //
88       if (RealPass)
89         abortIfBroken();
90
91       return false;
92     }
93
94     bool doFinalization(Module &M) {
95       // Scan through, checking all of the external function's linkage now...
96       for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I)
97         if (I->isExternal() && I->hasInternalLinkage())
98           CheckFailed("Function Declaration has Internal Linkage!", I);
99
100       // If the module is broken, abort at this time.
101       abortIfBroken();
102       return false;
103     }
104
105     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
106       AU.setPreservesAll();
107       if (RealPass)
108         AU.addRequired<DominatorSet>();
109     }
110
111     // abortIfBroken - If the module is broken and we are supposed to abort on
112     // this condition, do so.
113     //
114     void abortIfBroken() const {
115       if (Broken && AbortBroken) {
116         std::cerr << "Broken module found, compilation aborted!\n";
117         abort();
118       }
119     }
120
121     // Verification methods...
122     void verifySymbolTable(SymbolTable *ST);
123     void visitFunction(Function &F);
124     void visitBasicBlock(BasicBlock &BB);
125     void visitPHINode(PHINode &PN);
126     void visitBinaryOperator(BinaryOperator &B);
127     void visitShiftInst(ShiftInst &SI);
128     void visitCallInst(CallInst &CI);
129     void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP);
130     void visitLoadInst(LoadInst &LI);
131     void visitStoreInst(StoreInst &SI);
132     void visitInstruction(Instruction &I);
133     void visitTerminatorInst(TerminatorInst &I);
134     void visitReturnInst(ReturnInst &RI);
135
136     // CheckFailed - A check failed, so print out the condition and the message
137     // that failed.  This provides a nice place to put a breakpoint if you want
138     // to see why something is not correct.
139     //
140     inline void CheckFailed(const std::string &Message,
141                             const Value *V1 = 0, const Value *V2 = 0,
142                             const Value *V3 = 0, const Value *V4 = 0) {
143       std::cerr << Message << "\n";
144       if (V1) std::cerr << *V1 << "\n";
145       if (V2) std::cerr << *V2 << "\n";
146       if (V3) std::cerr << *V3 << "\n";
147       if (V4) std::cerr << *V4 << "\n";
148       Broken = true;
149     }
150   };
151
152   RegisterPass<Verifier> X("verify", "Module Verifier");
153 }
154
155 // Assert - We know that cond should be true, if not print an error message.
156 #define Assert(C, M) \
157   do { if (!(C)) { CheckFailed(M); return; } } while (0)
158 #define Assert1(C, M, V1) \
159   do { if (!(C)) { CheckFailed(M, V1); return; } } while (0)
160 #define Assert2(C, M, V1, V2) \
161   do { if (!(C)) { CheckFailed(M, V1, V2); return; } } while (0)
162 #define Assert3(C, M, V1, V2, V3) \
163   do { if (!(C)) { CheckFailed(M, V1, V2, V3); return; } } while (0)
164 #define Assert4(C, M, V1, V2, V3, V4) \
165   do { if (!(C)) { CheckFailed(M, V1, V2, V3, V4); return; } } while (0)
166
167
168 // verifySymbolTable - Verify that a function or module symbol table is ok
169 //
170 void Verifier::verifySymbolTable(SymbolTable *ST) {
171   if (ST == 0) return;   // No symbol table to process
172
173   // Loop over all of the types in the symbol table...
174   for (SymbolTable::iterator TI = ST->begin(), TE = ST->end(); TI != TE; ++TI)
175     for (SymbolTable::type_iterator I = TI->second.begin(),
176            E = TI->second.end(); I != E; ++I) {
177       Value *V = I->second;
178
179       // Check that there are no void typed values in the symbol table.  Values
180       // with a void type cannot be put into symbol tables because they cannot
181       // have names!
182       Assert1(V->getType() != Type::VoidTy,
183               "Values with void type are not allowed to have names!", V);
184     }
185 }
186
187
188 // visitFunction - Verify that a function is ok.
189 //
190 void Verifier::visitFunction(Function &F) {
191   if (F.isExternal()) return;
192
193   verifySymbolTable(F.getSymbolTable());
194
195   // Check function arguments...
196   const FunctionType *FT = F.getFunctionType();
197   unsigned NumArgs = F.getArgumentList().size();
198
199   Assert2(!FT->isVarArg(), "Cannot define varargs functions in LLVM!", &F, FT);
200   Assert2(FT->getParamTypes().size() == NumArgs,
201           "# formal arguments must match # of arguments for function type!",
202           &F, FT);
203
204   // Check that the argument values match the function type for this function...
205   if (FT->getParamTypes().size() == NumArgs) {
206     unsigned i = 0;
207     for (Function::aiterator I = F.abegin(), E = F.aend(); I != E; ++I, ++i)
208       Assert2(I->getType() == FT->getParamType(i),
209               "Argument value does not match function argument type!",
210               I, FT->getParamType(i));
211   }
212
213   // Check the entry node
214   BasicBlock *Entry = &F.getEntryNode();
215   Assert1(pred_begin(Entry) == pred_end(Entry),
216           "Entry block to function must not have predecessors!", Entry);
217 }
218
219
220 // verifyBasicBlock - Verify that a basic block is well formed...
221 //
222 void Verifier::visitBasicBlock(BasicBlock &BB) {
223   // Ensure that basic blocks have terminators!
224   Assert1(BB.getTerminator(), "Basic Block does not have terminator!", &BB);
225 }
226
227 void Verifier::visitTerminatorInst(TerminatorInst &I) {
228   // Ensure that terminators only exist at the end of the basic block.
229   Assert1(&I == I.getParent()->getTerminator(),
230           "Terminator found in the middle of a basic block!", I.getParent());
231   visitInstruction(I);
232 }
233
234 void Verifier::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
235   Function *F = RI.getParent()->getParent();
236   if (RI.getNumOperands() == 0)
237     Assert1(F->getReturnType() == Type::VoidTy,
238             "Function returns no value, but ret instruction found that does!",
239             &RI);
240   else
241     Assert2(F->getReturnType() == RI.getOperand(0)->getType(),
242             "Function return type does not match operand "
243             "type of return inst!", &RI, F->getReturnType());
244
245   // Check to make sure that the return value has neccesary properties for
246   // terminators...
247   visitTerminatorInst(RI);
248 }
249
250
251 // visitPHINode - Ensure that a PHI node is well formed.
252 void Verifier::visitPHINode(PHINode &PN) {
253   // Ensure that the PHI nodes are all grouped together at the top of the block.
254   // This can be tested by checking whether the instruction before this is
255   // either nonexistant (because this is begin()) or is a PHI node.  If not,
256   // then there is some other instruction before a PHI.
257   Assert2(PN.getPrev() == 0 || isa<PHINode>(PN.getPrev()),
258           "PHI nodes not grouped at top of basic block!",
259           &PN, PN.getParent());
260
261   std::vector<BasicBlock*> Preds(pred_begin(PN.getParent()),
262                                  pred_end(PN.getParent()));
263   // Loop over all of the incoming values, make sure that there are
264   // predecessors for each one...
265   //
266   for (unsigned i = 0, e = PN.getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
267     // Make sure all of the incoming values are the right types...
268     Assert2(PN.getType() == PN.getIncomingValue(i)->getType(),
269             "PHI node argument type does not agree with PHI node type!",
270             &PN, PN.getIncomingValue(i));
271
272     BasicBlock *BB = PN.getIncomingBlock(i);
273     std::vector<BasicBlock*>::iterator PI =
274       find(Preds.begin(), Preds.end(), BB);
275     Assert2(PI != Preds.end(), "PHI node has entry for basic block that"
276             " is not a predecessor!", &PN, BB);
277     Preds.erase(PI);
278   }
279   
280   // There should be no entries left in the predecessor list...
281   for (std::vector<BasicBlock*>::iterator I = Preds.begin(),
282          E = Preds.end(); I != E; ++I)
283     Assert2(0, "PHI node does not have entry for a predecessor basic block!",
284             &PN, *I);
285
286   // Now we go through and check to make sure that if there is more than one
287   // entry for a particular basic block in this PHI node, that the incoming
288   // values are all identical.
289   //
290   std::vector<std::pair<BasicBlock*, Value*> > Values;
291   Values.reserve(PN.getNumIncomingValues());
292   for (unsigned i = 0, e = PN.getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
293     Values.push_back(std::make_pair(PN.getIncomingBlock(i),
294                                     PN.getIncomingValue(i)));
295
296   // Sort the Values vector so that identical basic block entries are adjacent.
297   std::sort(Values.begin(), Values.end());
298
299   // Check for identical basic blocks with differing incoming values...
300   for (unsigned i = 1, e = PN.getNumIncomingValues(); i < e; ++i)
301     Assert4(Values[i].first  != Values[i-1].first ||
302             Values[i].second == Values[i-1].second,
303             "PHI node has multiple entries for the same basic block with "
304             "different incoming values!", &PN, Values[i].first,
305             Values[i].second, Values[i-1].second);
306
307   visitInstruction(PN);
308 }
309
310 void Verifier::visitCallInst(CallInst &CI) {
311   Assert1(isa<PointerType>(CI.getOperand(0)->getType()),
312           "Called function must be a pointer!", &CI);
313   const PointerType *FPTy = cast<PointerType>(CI.getOperand(0)->getType());
314   Assert1(isa<FunctionType>(FPTy->getElementType()),
315           "Called function is not pointer to function type!", &CI);
316
317   const FunctionType *FTy = cast<FunctionType>(FPTy->getElementType());
318
319   // Verify that the correct number of arguments are being passed
320   if (FTy->isVarArg())
321     Assert1(CI.getNumOperands()-1 >= FTy->getNumParams(),
322             "Called function requires more parameters than were provided!",&CI);
323   else
324     Assert1(CI.getNumOperands()-1 == FTy->getNumParams(),
325             "Incorrect number of arguments passed to called function!", &CI);
326
327   // Verify that all arguments to the call match the function type...
328   for (unsigned i = 0, e = FTy->getNumParams(); i != e; ++i)
329     Assert2(CI.getOperand(i+1)->getType() == FTy->getParamType(i),
330             "Call parameter type does not match function signature!",
331             CI.getOperand(i+1), FTy->getParamType(i));
332
333   visitInstruction(CI);
334 }
335
336 // visitBinaryOperator - Check that both arguments to the binary operator are
337 // of the same type!
338 //
339 void Verifier::visitBinaryOperator(BinaryOperator &B) {
340   Assert1(B.getOperand(0)->getType() == B.getOperand(1)->getType(),
341           "Both operands to a binary operator are not of the same type!", &B);
342
343   // Check that logical operators are only used with integral operands.
344   if (B.getOpcode() == Instruction::And || B.getOpcode() == Instruction::Or ||
345       B.getOpcode() == Instruction::Xor) {
346     Assert1(B.getType()->isIntegral(),
347             "Logical operators only work with integral types!", &B);
348     Assert1(B.getType() == B.getOperand(0)->getType(),
349             "Logical operators must have same type for operands and result!",
350             &B);
351   } else if (isa<SetCondInst>(B)) {
352     // Check that setcc instructions return bool
353     Assert1(B.getType() == Type::BoolTy,
354             "setcc instructions must return boolean values!", &B);
355   } else {
356     // Arithmetic operators only work on integer or fp values
357     Assert1(B.getType() == B.getOperand(0)->getType(),
358             "Arithmetic operators must have same type for operands and result!",
359             &B);
360     Assert1(B.getType()->isInteger() || B.getType()->isFloatingPoint(),
361             "Arithmetic operators must have integer or fp type!", &B);
362   }
363   
364   visitInstruction(B);
365 }
366
367 void Verifier::visitShiftInst(ShiftInst &SI) {
368   Assert1(SI.getType()->isInteger(),
369           "Shift must return an integer result!", &SI);
370   Assert1(SI.getType() == SI.getOperand(0)->getType(),
371           "Shift return type must be same as first operand!", &SI);
372   Assert1(SI.getOperand(1)->getType() == Type::UByteTy,
373           "Second operand to shift must be ubyte type!", &SI);
374   visitInstruction(SI);
375 }
376
377
378
379 void Verifier::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
380   const Type *ElTy =
381     GetElementPtrInst::getIndexedType(GEP.getOperand(0)->getType(),
382                    std::vector<Value*>(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end()), true);
383   Assert1(ElTy, "Invalid indices for GEP pointer type!", &GEP);
384   Assert2(PointerType::get(ElTy) == GEP.getType(),
385           "GEP is not of right type for indices!", &GEP, ElTy);
386   visitInstruction(GEP);
387 }
388
389 void Verifier::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
390   const Type *ElTy =
391     cast<PointerType>(LI.getOperand(0)->getType())->getElementType();
392   Assert2(ElTy == LI.getType(),
393           "Load is not of right type for indices!", &LI, ElTy);
394   visitInstruction(LI);
395 }
396
397 void Verifier::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
398   const Type *ElTy =
399     cast<PointerType>(SI.getOperand(1)->getType())->getElementType();
400   Assert2(ElTy == SI.getOperand(0)->getType(),
401           "Stored value is not of right type for indices!", &SI, ElTy);
402   visitInstruction(SI);
403 }
404
405
406 // verifyInstruction - Verify that an instruction is well formed.
407 //
408 void Verifier::visitInstruction(Instruction &I) {
409   BasicBlock *BB = I.getParent();  
410   Assert1(BB, "Instruction not embedded in basic block!", &I);
411
412   // Check that all uses of the instruction, if they are instructions
413   // themselves, actually have parent basic blocks.  If the use is not an
414   // instruction, it is an error!
415   //
416   for (User::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end();
417        UI != UE; ++UI) {
418     Assert1(isa<Instruction>(*UI), "Use of instruction is not an instruction!",
419             *UI);
420     Instruction *Used = cast<Instruction>(*UI);
421     Assert2(Used->getParent() != 0, "Instruction referencing instruction not"
422             " embeded in a basic block!", &I, Used);
423   }
424
425   if (!isa<PHINode>(I)) {   // Check that non-phi nodes are not self referential
426     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end();
427          UI != UE; ++UI)
428       Assert1(*UI != (User*)&I,
429               "Only PHI nodes may reference their own value!", &I);
430   }
431
432   // Check that void typed values don't have names
433   Assert1(I.getType() != Type::VoidTy || !I.hasName(),
434           "Instruction has a name, but provides a void value!", &I);
435
436   // Check that a definition dominates all of its uses.
437   //
438   for (User::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end();
439        UI != UE; ++UI) {
440     Instruction *Use = cast<Instruction>(*UI);
441       
442     // PHI nodes are more difficult than other nodes because they actually
443     // "use" the value in the predecessor basic blocks they correspond to.
444     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Use)) {
445       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
446         if (&I == PN->getIncomingValue(i)) {
447           // Make sure that I dominates the end of pred(i)
448           BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
449           
450           // Use must be dominated by by definition unless use is unreachable!
451           Assert2(DS->dominates(BB, Pred) ||
452                   !DS->dominates(&BB->getParent()->getEntryNode(), Pred),
453                   "Instruction does not dominate all uses!",
454                   &I, PN);
455         }
456
457     } else {
458       // Use must be dominated by by definition unless use is unreachable!
459       Assert2(DS->dominates(&I, Use) ||
460               !DS->dominates(&BB->getParent()->getEntryNode(),Use->getParent()),
461               "Instruction does not dominate all uses!", &I, Use);
462     }
463   }
464 }
465
466
467 //===----------------------------------------------------------------------===//
468 //  Implement the public interfaces to this file...
469 //===----------------------------------------------------------------------===//
470
471 Pass *createVerifierPass() {
472   return new Verifier();
473 }
474
475
476 // verifyFunction - Create 
477 bool verifyFunction(const Function &f) {
478   Function &F = (Function&)f;
479   assert(!F.isExternal() && "Cannot verify external functions");
480
481   DominatorSet DS;
482   DS.doInitialization(*F.getParent());
483   DS.runOnFunction(F);
484
485   Verifier V(DS);
486   V.runOnFunction(F);
487
488   DS.doFinalization(*F.getParent());
489
490   return V.Broken;
491 }
492
493 // verifyModule - Check a module for errors, printing messages on stderr.
494 // Return true if the module is corrupt.
495 //
496 bool verifyModule(const Module &M) {
497   PassManager PM;
498   Verifier *V = new Verifier();
499   PM.add(V);
500   PM.run((Module&)M);
501   return V->Broken;
502 }