User defined operators are not supposed to live beyond the lifetime of the
[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 //  * PHI nodes must have at least one entry
21 //  * All basic blocks should only end with terminator insts, not contain them
22 //  * The entry node to a function must not have predecessors
23 //  * All Instructions must be embeded into a basic block
24 //  . Function's cannot take a void typed parameter
25 //  * Verify that a function's argument list agrees with it's declared type.
26 //  . Verify that arrays and structures have fixed elements: No unsized arrays.
27 //  * It is illegal to specify a name for a void value.
28 //  * It is illegal to have a internal global value with no intitalizer
29 //  * It is illegal to have a ret instruction that returns a value that does not
30 //    agree with the function return value type.
31 //  * Function call argument types match the function prototype
32 //  * All other things that are tested by asserts spread about the code...
33 //
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35
36 #include "llvm/Analysis/Verifier.h"
37 #include "llvm/Pass.h"
38 #include "llvm/Module.h"
39 #include "llvm/DerivedTypes.h"
40 #include "llvm/iPHINode.h"
41 #include "llvm/iTerminators.h"
42 #include "llvm/iOther.h"
43 #include "llvm/iOperators.h"
44 #include "llvm/iMemory.h"
45 #include "llvm/SymbolTable.h"
46 #include "llvm/PassManager.h"
47 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
48 #include "llvm/Support/CFG.h"
49 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
50 #include "Support/STLExtras.h"
51 #include <algorithm>
52
53 namespace {  // Anonymous namespace for class
54
55   struct Verifier : public FunctionPass, InstVisitor<Verifier> {
56     bool Broken;          // Is this module found to be broken?
57     bool RealPass;        // Are we not being run by a PassManager?
58     bool AbortBroken;     // If broken, should it or should it not abort?
59     
60     DominatorSet *DS; // Dominator set, caution can be null!
61
62     Verifier() : Broken(false), RealPass(true), AbortBroken(true), DS(0) {}
63     Verifier(bool AB) : Broken(false), RealPass(true), AbortBroken(AB), DS(0) {}
64     Verifier(DominatorSet &ds) 
65       : Broken(false), RealPass(false), AbortBroken(false), DS(&ds) {}
66
67
68     bool doInitialization(Module &M) {
69       verifySymbolTable(M.getSymbolTable());
70
71       // If this is a real pass, in a pass manager, we must abort before
72       // returning back to the pass manager, or else the pass manager may try to
73       // run other passes on the broken module.
74       //
75       if (RealPass)
76         abortIfBroken();
77       return false;
78     }
79
80     bool runOnFunction(Function &F) {
81       // Get dominator information if we are being run by PassManager
82       if (RealPass) DS = &getAnalysis<DominatorSet>();
83       visit(F);
84
85       // If this is a real pass, in a pass manager, we must abort before
86       // returning back to the pass manager, or else the pass manager may try to
87       // run other passes on the broken module.
88       //
89       if (RealPass)
90         abortIfBroken();
91
92       return false;
93     }
94
95     bool doFinalization(Module &M) {
96       // Scan through, checking all of the external function's linkage now...
97       for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I)
98         if (I->isExternal() && I->hasInternalLinkage())
99           CheckFailed("Function Declaration has Internal Linkage!", I);
100
101       for (Module::giterator I = M.gbegin(), E = M.gend(); I != E; ++I)
102         if (I->isExternal() && I->hasInternalLinkage())
103           CheckFailed("Global Variable is external with internal linkage!", I);
104
105       // If the module is broken, abort at this time.
106       abortIfBroken();
107       return false;
108     }
109
110     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
111       AU.setPreservesAll();
112       if (RealPass)
113         AU.addRequired<DominatorSet>();
114     }
115
116     // abortIfBroken - If the module is broken and we are supposed to abort on
117     // this condition, do so.
118     //
119     void abortIfBroken() const {
120       if (Broken && AbortBroken) {
121         std::cerr << "Broken module found, compilation aborted!\n";
122         abort();
123       }
124     }
125
126     // Verification methods...
127     void verifySymbolTable(SymbolTable &ST);
128     void visitFunction(Function &F);
129     void visitBasicBlock(BasicBlock &BB);
130     void visitPHINode(PHINode &PN);
131     void visitBinaryOperator(BinaryOperator &B);
132     void visitShiftInst(ShiftInst &SI);
133     void visitCallInst(CallInst &CI);
134     void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP);
135     void visitLoadInst(LoadInst &LI);
136     void visitStoreInst(StoreInst &SI);
137     void visitInstruction(Instruction &I);
138     void visitTerminatorInst(TerminatorInst &I);
139     void visitReturnInst(ReturnInst &RI);
140     void visitUserOp1(Instruction &I);
141     void visitUserOp2(Instruction &I) { visitUserOp1(I); }
142
143     // CheckFailed - A check failed, so print out the condition and the message
144     // that failed.  This provides a nice place to put a breakpoint if you want
145     // to see why something is not correct.
146     //
147     inline void CheckFailed(const std::string &Message,
148                             const Value *V1 = 0, const Value *V2 = 0,
149                             const Value *V3 = 0, const Value *V4 = 0) {
150       std::cerr << Message << "\n";
151       if (V1) std::cerr << *V1 << "\n";
152       if (V2) std::cerr << *V2 << "\n";
153       if (V3) std::cerr << *V3 << "\n";
154       if (V4) std::cerr << *V4 << "\n";
155       Broken = true;
156     }
157   };
158
159   RegisterPass<Verifier> X("verify", "Module Verifier");
160 }
161
162 // Assert - We know that cond should be true, if not print an error message.
163 #define Assert(C, M) \
164   do { if (!(C)) { CheckFailed(M); return; } } while (0)
165 #define Assert1(C, M, V1) \
166   do { if (!(C)) { CheckFailed(M, V1); return; } } while (0)
167 #define Assert2(C, M, V1, V2) \
168   do { if (!(C)) { CheckFailed(M, V1, V2); return; } } while (0)
169 #define Assert3(C, M, V1, V2, V3) \
170   do { if (!(C)) { CheckFailed(M, V1, V2, V3); return; } } while (0)
171 #define Assert4(C, M, V1, V2, V3, V4) \
172   do { if (!(C)) { CheckFailed(M, V1, V2, V3, V4); return; } } while (0)
173
174
175 // verifySymbolTable - Verify that a function or module symbol table is ok
176 //
177 void Verifier::verifySymbolTable(SymbolTable &ST) {
178   // Loop over all of the types in the symbol table...
179   for (SymbolTable::iterator TI = ST.begin(), TE = ST.end(); TI != TE; ++TI)
180     for (SymbolTable::type_iterator I = TI->second.begin(),
181            E = TI->second.end(); I != E; ++I) {
182       Value *V = I->second;
183
184       // Check that there are no void typed values in the symbol table.  Values
185       // with a void type cannot be put into symbol tables because they cannot
186       // have names!
187       Assert1(V->getType() != Type::VoidTy,
188               "Values with void type are not allowed to have names!", V);
189     }
190 }
191
192
193 // visitFunction - Verify that a function is ok.
194 //
195 void Verifier::visitFunction(Function &F) {
196   // Check function arguments...
197   const FunctionType *FT = F.getFunctionType();
198   unsigned NumArgs = F.getArgumentList().size();
199
200   Assert2(!FT->isVarArg(), "Cannot define varargs functions in LLVM!", &F, FT);
201   Assert2(FT->getNumParams() == NumArgs,
202           "# formal arguments must match # of arguments for function type!",
203           &F, FT);
204
205   // Check that the argument values match the function type for this function...
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   if (!F.isExternal()) {
213     verifySymbolTable(F.getSymbolTable());
214
215     // Check the entry node
216     BasicBlock *Entry = &F.getEntryNode();
217     Assert1(pred_begin(Entry) == pred_end(Entry),
218             "Entry block to function must not have predecessors!", Entry);
219   }
220 }
221
222
223 // verifyBasicBlock - Verify that a basic block is well formed...
224 //
225 void Verifier::visitBasicBlock(BasicBlock &BB) {
226   // Ensure that basic blocks have terminators!
227   Assert1(BB.getTerminator(), "Basic Block does not have terminator!", &BB);
228 }
229
230 void Verifier::visitTerminatorInst(TerminatorInst &I) {
231   // Ensure that terminators only exist at the end of the basic block.
232   Assert1(&I == I.getParent()->getTerminator(),
233           "Terminator found in the middle of a basic block!", I.getParent());
234   visitInstruction(I);
235 }
236
237 void Verifier::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
238   Function *F = RI.getParent()->getParent();
239   if (RI.getNumOperands() == 0)
240     Assert1(F->getReturnType() == Type::VoidTy,
241             "Function returns no value, but ret instruction found that does!",
242             &RI);
243   else
244     Assert2(F->getReturnType() == RI.getOperand(0)->getType(),
245             "Function return type does not match operand "
246             "type of return inst!", &RI, F->getReturnType());
247
248   // Check to make sure that the return value has neccesary properties for
249   // terminators...
250   visitTerminatorInst(RI);
251 }
252
253 // visitUserOp1 - User defined operators shouldn't live beyond the lifetime of a
254 // pass, if any exist, it's an error.
255 //
256 void Verifier::visitUserOp1(Instruction &I) {
257   Assert1(0, "User-defined operators should not live outside of a pass!",
258           &I);
259 }
260
261 // visitPHINode - Ensure that a PHI node is well formed.
262 void Verifier::visitPHINode(PHINode &PN) {
263   // Ensure that the PHI nodes are all grouped together at the top of the block.
264   // This can be tested by checking whether the instruction before this is
265   // either nonexistant (because this is begin()) or is a PHI node.  If not,
266   // then there is some other instruction before a PHI.
267   Assert2(PN.getPrev() == 0 || isa<PHINode>(PN.getPrev()),
268           "PHI nodes not grouped at top of basic block!",
269           &PN, PN.getParent());
270
271   // Ensure that PHI nodes have at least one entry!
272   Assert1(PN.getNumIncomingValues() != 0,
273           "PHI nodes must have at least one entry.  If the block is dead, "
274           "the PHI should be removed!",
275           &PN);
276
277   std::vector<BasicBlock*> Preds(pred_begin(PN.getParent()),
278                                  pred_end(PN.getParent()));
279   // Loop over all of the incoming values, make sure that there are
280   // predecessors for each one...
281   //
282   for (unsigned i = 0, e = PN.getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
283     // Make sure all of the incoming values are the right types...
284     Assert2(PN.getType() == PN.getIncomingValue(i)->getType(),
285             "PHI node argument type does not agree with PHI node type!",
286             &PN, PN.getIncomingValue(i));
287
288     BasicBlock *BB = PN.getIncomingBlock(i);
289     std::vector<BasicBlock*>::iterator PI =
290       find(Preds.begin(), Preds.end(), BB);
291     Assert2(PI != Preds.end(), "PHI node has entry for basic block that"
292             " is not a predecessor!", &PN, BB);
293     Preds.erase(PI);
294   }
295   
296   // There should be no entries left in the predecessor list...
297   for (std::vector<BasicBlock*>::iterator I = Preds.begin(),
298          E = Preds.end(); I != E; ++I)
299     Assert2(0, "PHI node does not have entry for a predecessor basic block!",
300             &PN, *I);
301
302   // Now we go through and check to make sure that if there is more than one
303   // entry for a particular basic block in this PHI node, that the incoming
304   // values are all identical.
305   //
306   std::vector<std::pair<BasicBlock*, Value*> > Values;
307   Values.reserve(PN.getNumIncomingValues());
308   for (unsigned i = 0, e = PN.getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
309     Values.push_back(std::make_pair(PN.getIncomingBlock(i),
310                                     PN.getIncomingValue(i)));
311
312   // Sort the Values vector so that identical basic block entries are adjacent.
313   std::sort(Values.begin(), Values.end());
314
315   // Check for identical basic blocks with differing incoming values...
316   for (unsigned i = 1, e = PN.getNumIncomingValues(); i < e; ++i)
317     Assert4(Values[i].first  != Values[i-1].first ||
318             Values[i].second == Values[i-1].second,
319             "PHI node has multiple entries for the same basic block with "
320             "different incoming values!", &PN, Values[i].first,
321             Values[i].second, Values[i-1].second);
322
323   visitInstruction(PN);
324 }
325
326 void Verifier::visitCallInst(CallInst &CI) {
327   Assert1(isa<PointerType>(CI.getOperand(0)->getType()),
328           "Called function must be a pointer!", &CI);
329   const PointerType *FPTy = cast<PointerType>(CI.getOperand(0)->getType());
330   Assert1(isa<FunctionType>(FPTy->getElementType()),
331           "Called function is not pointer to function type!", &CI);
332
333   const FunctionType *FTy = cast<FunctionType>(FPTy->getElementType());
334
335   // Verify that the correct number of arguments are being passed
336   if (FTy->isVarArg())
337     Assert1(CI.getNumOperands()-1 >= FTy->getNumParams(),
338             "Called function requires more parameters than were provided!",&CI);
339   else
340     Assert1(CI.getNumOperands()-1 == FTy->getNumParams(),
341             "Incorrect number of arguments passed to called function!", &CI);
342
343   // Verify that all arguments to the call match the function type...
344   for (unsigned i = 0, e = FTy->getNumParams(); i != e; ++i)
345     Assert2(CI.getOperand(i+1)->getType() == FTy->getParamType(i),
346             "Call parameter type does not match function signature!",
347             CI.getOperand(i+1), FTy->getParamType(i));
348
349   visitInstruction(CI);
350 }
351
352 // visitBinaryOperator - Check that both arguments to the binary operator are
353 // of the same type!
354 //
355 void Verifier::visitBinaryOperator(BinaryOperator &B) {
356   Assert1(B.getOperand(0)->getType() == B.getOperand(1)->getType(),
357           "Both operands to a binary operator are not of the same type!", &B);
358
359   // Check that logical operators are only used with integral operands.
360   if (B.getOpcode() == Instruction::And || B.getOpcode() == Instruction::Or ||
361       B.getOpcode() == Instruction::Xor) {
362     Assert1(B.getType()->isIntegral(),
363             "Logical operators only work with integral types!", &B);
364     Assert1(B.getType() == B.getOperand(0)->getType(),
365             "Logical operators must have same type for operands and result!",
366             &B);
367   } else if (isa<SetCondInst>(B)) {
368     // Check that setcc instructions return bool
369     Assert1(B.getType() == Type::BoolTy,
370             "setcc instructions must return boolean values!", &B);
371   } else {
372     // Arithmetic operators only work on integer or fp values
373     Assert1(B.getType() == B.getOperand(0)->getType(),
374             "Arithmetic operators must have same type for operands and result!",
375             &B);
376     Assert1(B.getType()->isInteger() || B.getType()->isFloatingPoint(),
377             "Arithmetic operators must have integer or fp type!", &B);
378   }
379   
380   visitInstruction(B);
381 }
382
383 void Verifier::visitShiftInst(ShiftInst &SI) {
384   Assert1(SI.getType()->isInteger(),
385           "Shift must return an integer result!", &SI);
386   Assert1(SI.getType() == SI.getOperand(0)->getType(),
387           "Shift return type must be same as first operand!", &SI);
388   Assert1(SI.getOperand(1)->getType() == Type::UByteTy,
389           "Second operand to shift must be ubyte type!", &SI);
390   visitInstruction(SI);
391 }
392
393
394
395 void Verifier::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
396   const Type *ElTy =
397     GetElementPtrInst::getIndexedType(GEP.getOperand(0)->getType(),
398                    std::vector<Value*>(GEP.idx_begin(), GEP.idx_end()), true);
399   Assert1(ElTy, "Invalid indices for GEP pointer type!", &GEP);
400   Assert2(PointerType::get(ElTy) == GEP.getType(),
401           "GEP is not of right type for indices!", &GEP, ElTy);
402   visitInstruction(GEP);
403 }
404
405 void Verifier::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
406   const Type *ElTy =
407     cast<PointerType>(LI.getOperand(0)->getType())->getElementType();
408   Assert2(ElTy == LI.getType(),
409           "Load is not of right type for indices!", &LI, ElTy);
410   visitInstruction(LI);
411 }
412
413 void Verifier::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
414   const Type *ElTy =
415     cast<PointerType>(SI.getOperand(1)->getType())->getElementType();
416   Assert2(ElTy == SI.getOperand(0)->getType(),
417           "Stored value is not of right type for indices!", &SI, ElTy);
418   visitInstruction(SI);
419 }
420
421
422 // verifyInstruction - Verify that an instruction is well formed.
423 //
424 void Verifier::visitInstruction(Instruction &I) {
425   BasicBlock *BB = I.getParent();  
426   Assert1(BB, "Instruction not embedded in basic block!", &I);
427
428   // Check that all uses of the instruction, if they are instructions
429   // themselves, actually have parent basic blocks.  If the use is not an
430   // instruction, it is an error!
431   //
432   for (User::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end();
433        UI != UE; ++UI) {
434     Assert1(isa<Instruction>(*UI), "Use of instruction is not an instruction!",
435             *UI);
436     Instruction *Used = cast<Instruction>(*UI);
437     Assert2(Used->getParent() != 0, "Instruction referencing instruction not"
438             " embeded in a basic block!", &I, Used);
439   }
440
441   if (!isa<PHINode>(I)) {   // Check that non-phi nodes are not self referential
442     for (Value::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end();
443          UI != UE; ++UI)
444       Assert1(*UI != (User*)&I,
445               "Only PHI nodes may reference their own value!", &I);
446   }
447
448   // Check that void typed values don't have names
449   Assert1(I.getType() != Type::VoidTy || !I.hasName(),
450           "Instruction has a name, but provides a void value!", &I);
451
452   // Check that a definition dominates all of its uses.
453   //
454   for (User::use_iterator UI = I.use_begin(), UE = I.use_end();
455        UI != UE; ++UI) {
456     Instruction *Use = cast<Instruction>(*UI);
457       
458     // PHI nodes are more difficult than other nodes because they actually
459     // "use" the value in the predecessor basic blocks they correspond to.
460     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Use)) {
461       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
462         if (&I == PN->getIncomingValue(i)) {
463           // Make sure that I dominates the end of pred(i)
464           BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(i);
465           
466           // Use must be dominated by by definition unless use is unreachable!
467           Assert2(DS->dominates(BB, Pred) ||
468                   !DS->dominates(&BB->getParent()->getEntryNode(), Pred),
469                   "Instruction does not dominate all uses!",
470                   &I, PN);
471         }
472
473     } else {
474       // Use must be dominated by by definition unless use is unreachable!
475       Assert2(DS->dominates(&I, Use) ||
476               !DS->dominates(&BB->getParent()->getEntryNode(),Use->getParent()),
477               "Instruction does not dominate all uses!", &I, Use);
478     }
479   }
480 }
481
482
483 //===----------------------------------------------------------------------===//
484 //  Implement the public interfaces to this file...
485 //===----------------------------------------------------------------------===//
486
487 Pass *createVerifierPass() {
488   return new Verifier();
489 }
490
491
492 // verifyFunction - Create 
493 bool verifyFunction(const Function &f) {
494   Function &F = (Function&)f;
495   assert(!F.isExternal() && "Cannot verify external functions");
496
497   DominatorSet DS;
498   DS.doInitialization(*F.getParent());
499   DS.runOnFunction(F);
500
501   Verifier V(DS);
502   V.runOnFunction(F);
503
504   DS.doFinalization(*F.getParent());
505
506   return V.Broken;
507 }
508
509 // verifyModule - Check a module for errors, printing messages on stderr.
510 // Return true if the module is corrupt.
511 //
512 bool verifyModule(const Module &M) {
513   PassManager PM;
514   Verifier *V = new Verifier();
515   PM.add(V);
516   PM.run((Module&)M);
517   return V->Broken;
518 }