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 //  . There are no duplicated names in a symbol table... ie there !exist a val
  10 //    with the same name as something in the symbol table, but with a different
  11 //    address as what is in the symbol table...
  12 //  * Both of a binary operator's parameters are the same type
  13 //  * Verify that the indices of mem access instructions match other operands
  14 //  . Verify that arithmetic and other things are only performed on first class
  15 //    types.  No adding structures or arrays.
  16 //  . All of the constants in a switch statement are of the correct type
  17 //  . The code is in valid SSA form
  18 //  . It should be illegal to put a label into any other type (like a structure)
  19 //    or to return one. [except constant arrays!]
  20 //  * Only phi nodes can be self referential: 'add int %0, %0 ; <int>:0' is bad
  21 //  * PHI nodes must have an entry for each predecessor, with no extras.
  22 //  . All basic blocks should only end with terminator insts, not contain them
  23 //  * The entry node to a function must not have predecessors
  24 //  * All Instructions must be embeded into a basic block
  25 //  . Verify that none of the Value getType()'s are null.
  26 //  . Function's cannot take a void typed parameter
  27 //  * Verify that a function's argument list agrees with it's declared type.
  28 //  . Verify that arrays and structures have fixed elements: No unsized arrays.
  29 //  * It is illegal to specify a name for a void value.
  30 //  * It is illegal to have a internal function that is just a declaration
  31 //  * It is illegal to have a ret instruction that returns a value that does not
  32 //    agree with the function return value type.
  33 //  * All other things that are tested by asserts spread about the code...
  34 //
  35 //===----------------------------------------------------------------------===//
  36
  37 #include "llvm/Analysis/Verifier.h"
  38 #include "llvm/Pass.h"
  39 #include "llvm/Function.h"
  40 #include "llvm/Module.h"
  41 #include "llvm/BasicBlock.h"
  42 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  43 #include "llvm/iPHINode.h"
  44 #include "llvm/iTerminators.h"
  45 #include "llvm/iOther.h"
  46 #include "llvm/iMemory.h"
  47 #include "llvm/Argument.h"
  48 #include "llvm/SymbolTable.h"
  49 #include "llvm/Support/CFG.h"
  50 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
  51 #include "Support/STLExtras.h"
  52 #include <algorithm>
  53
  54 namespace {  // Anonymous namespace for class
  55
  56   struct Verifier : public FunctionPass, InstVisitor<Verifier> {
  57     bool Broken;
  58
  59     Verifier() : Broken(false) {}
  60
  61     bool doInitialization(Module *M) {
  62       verifySymbolTable(M->getSymbolTable());
  63       return false;
  64     }
  65
  66     bool runOnFunction(Function *F) {
  67       visit(F);
  68       return false;
  69     }
  70
  71     bool doFinalization(Module *M) {
  72       // Scan through, checking all of the external function's linkage now...
  73       for (Module::iterator I = M->begin(), E = M->end(); I != E; ++I)
  74         if ((*I)->isExternal() && (*I)->hasInternalLinkage())
  75           CheckFailed("Function Declaration has Internal Linkage!", (*I));
  76
  77       if (Broken) {
  78         cerr << "Broken module found, compilation aborted!\n";
  79         abort();
  80       }
  81       return false;
  82     }
  83
  84     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  85       AU.setPreservesAll();
  86     }
  87
  88     // Verification methods...
  89     void verifySymbolTable(SymbolTable *ST);
  90     void visitFunction(Function *F);
  91     void visitBasicBlock(BasicBlock *BB);
  92     void visitPHINode(PHINode *PN);
  93     void visitBinaryOperator(BinaryOperator *B);
  94     void visitCallInst(CallInst *CI);
  95     void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst *GEP);
  96     void visitLoadInst(LoadInst *LI);
  97     void visitStoreInst(StoreInst *SI);
  98     void visitInstruction(Instruction *I);
  99
 100     // CheckFailed - A check failed, so print out the condition and the message
 101     // that failed.  This provides a nice place to put a breakpoint if you want
 102     // to see why something is not correct.
 103     //
 104     inline void CheckFailed(const std::string &Message,
 105                             const Value *V1 = 0, const Value *V2 = 0) {
 106       std::cerr << Message << "\n";
 107       if (V1) { std::cerr << V1 << "\n"; }
 108       if (V2) { std::cerr << V2 << "\n"; }
 109       Broken = true;
 110     }
 111   };
 112 }
 113
 114 // Assert - We know that cond should be true, if not print an error message.
 115 #define Assert(C, M) \
 116   do { if (!(C)) { CheckFailed(M); return; } } while (0)
 117 #define Assert1(C, M, V1) \
 118   do { if (!(C)) { CheckFailed(M, V1); return; } } while (0)
 119 #define Assert2(C, M, V1, V2) \
 120   do { if (!(C)) { CheckFailed(M, V1, V2); return; } } while (0)
 121
 122
 123 // verifySymbolTable - Verify that a function or module symbol table is ok
 124 //
 125 void Verifier::verifySymbolTable(SymbolTable *ST) {
 126   if (ST == 0) return;   // No symbol table to process
 127
 128   // Loop over all of the types in the symbol table...
 129   for (SymbolTable::iterator TI = ST->begin(), TE = ST->end(); TI != TE; ++TI)
 130     for (SymbolTable::type_iterator I = TI->second.begin(),
 131            E = TI->second.end(); I != E; ++I) {
 132       Value *V = I->second;
 133
 134       // Check that there are no void typed values in the symbol table.  Values
 135       // with a void type cannot be put into symbol tables because they cannot
 136       // have names!
 137       Assert1(V->getType() != Type::VoidTy,
 138               "Values with void type are not allowed to have names!", V);
 139     }
 140 }
 141
 142
 143 // visitFunction - Verify that a function is ok.
 144 //
 145 void Verifier::visitFunction(Function *F) {
 146   if (F->isExternal()) return;
 147
 148   verifySymbolTable(F->getSymbolTable());
 149
 150   // Check function arguments...
 151   const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
 152   const Function::ArgumentListType &ArgList = F->getArgumentList();
 153
 154   Assert2(!FT->isVarArg(), "Cannot define varargs functions in LLVM!", F, FT);
 155   Assert2(FT->getParamTypes().size() == ArgList.size(),
 156           "# formal arguments must match # of arguments for function type!",
 157           F, FT);
 158
 159   // Check that the argument values match the function type for this function...
 160   if (FT->getParamTypes().size() == ArgList.size()) {
 161     for (unsigned i = 0, e = ArgList.size(); i != e; ++i)
 162       Assert2(ArgList[i]->getType() == FT->getParamType(i),
 163               "Argument value does not match function argument type!",
 164               ArgList[i], FT->getParamType(i));
 165   }
 166
 167   // Check the entry node
 168   BasicBlock *Entry = F->getEntryNode();
 169   Assert1(pred_begin(Entry) == pred_end(Entry),
 170           "Entry block to function must not have predecessors!", Entry);
 171 }
 172
 173
 174 // verifyBasicBlock - Verify that a basic block is well formed...
 175 //
 176 void Verifier::visitBasicBlock(BasicBlock *BB) {
 177   Assert1(BB->getTerminator(), "Basic Block does not have terminator!", BB);
 178
 179   // Check that the terminator is ok as well...
 180   if (isa<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
 181     Instruction *I = BB->getTerminator();
 182     Function *F = I->getParent()->getParent();
 183     if (I->getNumOperands() == 0)
 184       Assert1(F->getReturnType() == Type::VoidTy,
 185               "Function returns no value, but ret instruction found that does!",
 186               I);
 187     else
 188       Assert2(F->getReturnType() == I->getOperand(0)->getType(),
 189               "Function return type does not match operand "
 190               "type of return inst!", I, F->getReturnType());
 191   }
 192 }
 193
 194
 195 // visitPHINode - Ensure that a PHI node is well formed.
 196 void Verifier::visitPHINode(PHINode *PN) {
 197   std::vector<BasicBlock*> Preds(pred_begin(PN->getParent()),
 198                                  pred_end(PN->getParent()));
 199   // Loop over all of the incoming values, make sure that there are
 200   // predecessors for each one...
 201   //
 202   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
 203     // Make sure all of the incoming values are the right types...
 204     Assert2(PN->getType() == PN->getIncomingValue(i)->getType(),
 205             "PHI node argument type does not agree with PHI node type!",
 206             PN, PN->getIncomingValue(i));
 207
 208     BasicBlock *BB = PN->getIncomingBlock(i);
 209     std::vector<BasicBlock*>::iterator PI =
 210       find(Preds.begin(), Preds.end(), BB);
 211     Assert2(PI != Preds.end(), "PHI node has entry for basic block that"
 212             " is not a predecessor!", PN, BB);
 213     Preds.erase(PI);
 214   }
 215
 216   // There should be no entries left in the predecessor list...
 217   for (std::vector<BasicBlock*>::iterator I = Preds.begin(),
 218          E = Preds.end(); I != E; ++I)
 219     Assert2(0, "PHI node does not have entry for a predecessor basic block!",
 220             PN, *I);
 221
 222   visitInstruction(PN);
 223 }
 224
 225 void Verifier::visitCallInst(CallInst *CI) {
 226   Assert1(isa<PointerType>(CI->getOperand(0)->getType()),
 227           "Called function must be a pointer!", CI);
 228   PointerType *FPTy = cast<PointerType>(CI->getOperand(0)->getType());
 229   Assert1(isa<FunctionType>(FPTy->getElementType()),
 230           "Called function is not pointer to function type!", CI);
 231 }
 232
 233 // visitBinaryOperator - Check that both arguments to the binary operator are
 234 // of the same type!
 235 //
 236 void Verifier::visitBinaryOperator(BinaryOperator *B) {
 237   Assert2(B->getOperand(0)->getType() == B->getOperand(1)->getType(),
 238           "Both operands to a binary operator are not of the same type!",
 239           B->getOperand(0), B->getOperand(1));
 240
 241   visitInstruction(B);
 242 }
 243
 244 void Verifier::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst *GEP) {
 245   const Type *ElTy =MemAccessInst::getIndexedType(GEP->getOperand(0)->getType(),
 246                                                   GEP->copyIndices(), true);
 247   Assert1(ElTy, "Invalid indices for GEP pointer type!", GEP);
 248   Assert2(PointerType::get(ElTy) == GEP->getType(),
 249           "GEP is not of right type for indices!", GEP, ElTy);
 250   visitInstruction(GEP);
 251 }
 252
 253 void Verifier::visitLoadInst(LoadInst *LI) {
 254   const Type *ElTy = LoadInst::getIndexedType(LI->getOperand(0)->getType(),
 255                                               LI->copyIndices());
 256   Assert1(ElTy, "Invalid indices for load pointer type!", LI);
 257   Assert2(ElTy == LI->getType(),
 258           "Load is not of right type for indices!", LI, ElTy);
 259   visitInstruction(LI);
 260 }
 261
 262 void Verifier::visitStoreInst(StoreInst *SI) {
 263   const Type *ElTy = StoreInst::getIndexedType(SI->getOperand(1)->getType(),
 264                                                SI->copyIndices());
 265   Assert1(ElTy, "Invalid indices for store pointer type!", SI);
 266   Assert2(ElTy == SI->getOperand(0)->getType(),
 267           "Stored value is not of right type for indices!", SI, ElTy);
 268   visitInstruction(SI);
 269 }
 270
 271
 272 // verifyInstruction - Verify that a non-terminator instruction is well formed.
 273 //
 274 void Verifier::visitInstruction(Instruction *I) {
 275   assert(I->getParent() && "Instruction not embedded in basic block!");
 276
 277   // Check that all uses of the instruction, if they are instructions
 278   // themselves, actually have parent basic blocks.  If the use is not an
 279   // instruction, it is an error!
 280   //
 281   for (User::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
 282        UI != UE; ++UI) {
 283     Assert1(isa<Instruction>(*UI), "Use of instruction is not an instruction!",
 284             *UI);
 285     Instruction *Used = cast<Instruction>(*UI);
 286     Assert2(Used->getParent() != 0, "Instruction referencing instruction not"
 287             " embeded in a basic block!", I, Used);
 288   }
 289
 290   if (!isa<PHINode>(I)) {   // Check that non-phi nodes are not self referential
 291     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
 292          UI != UE; ++UI)
 293       Assert1(*UI != (User*)I,
 294               "Only PHI nodes may reference their own value!", I);
 295   }
 296
 297   Assert1(I->getType() != Type::VoidTy || !I->hasName(),
 298           "Instruction has a name, but provides a void value!", I);
 299 }
 300
 301
 302 //===----------------------------------------------------------------------===//
 303 //  Implement the public interfaces to this file...
 304 //===----------------------------------------------------------------------===//
 305
 306 Pass *createVerifierPass() {
 307   return new Verifier();
 308 }
 309
 310 bool verifyFunction(const Function *F) {
 311   Verifier V;
 312   V.visit((Function*)F);
 313   return V.Broken;
 314 }
 315
 316 // verifyModule - Check a module for errors, printing messages on stderr.
 317 // Return true if the module is corrupt.
 318 //
 319 bool verifyModule(const Module *M) {
 320   Verifier V;
 321   V.run((Module*)M);
 322   return V.Broken;
 323 }