clippy_lints/src/floating_point_arithmetic.rs

   1 use crate::consts::{
   2     constant, constant_simple, Constant,
   3     Constant::{Int, F32, F64},
   4 };
   5 use crate::utils::{higher, numeric_literal, span_lint_and_sugg, sugg, SpanlessEq};
   6 use if_chain::if_chain;
   7 use rustc_errors::Applicability;
   8 use rustc_hir::{BinOpKind, Expr, ExprKind, UnOp};
   9 use rustc_lint::{LateContext, LateLintPass};
  10 use rustc_middle::ty;
  11 use rustc_session::{declare_lint_pass, declare_tool_lint};
  12 use rustc_span::source_map::Spanned;
  13
  14 use rustc_ast::ast;
  15 use std::f32::consts as f32_consts;
  16 use std::f64::consts as f64_consts;
  17 use sugg::Sugg;
  18
  19 declare_clippy_lint! {
  20     /// **What it does:** Looks for floating-point expressions that
  21     /// can be expressed using built-in methods to improve accuracy
  22     /// at the cost of performance.
  23     ///
  24     /// **Why is this bad?** Negatively impacts accuracy.
  25     ///
  26     /// **Known problems:** None
  27     ///
  28     /// **Example:**
  29     ///
  30     /// ```rust
  31     /// let a = 3f32;
  32     /// let _ = a.powf(1.0 / 3.0);
  33     /// let _ = (1.0 + a).ln();
  34     /// let _ = a.exp() - 1.0;
  35     /// ```
  36     ///
  37     /// is better expressed as
  38     ///
  39     /// ```rust
  40     /// let a = 3f32;
  41     /// let _ = a.cbrt();
  42     /// let _ = a.ln_1p();
  43     /// let _ = a.exp_m1();
  44     /// ```
  45     pub IMPRECISE_FLOPS,
  46     nursery,
  47     "usage of imprecise floating point operations"
  48 }
  49
  50 declare_clippy_lint! {
  51     /// **What it does:** Looks for floating-point expressions that
  52     /// can be expressed using built-in methods to improve both
  53     /// accuracy and performance.
  54     ///
  55     /// **Why is this bad?** Negatively impacts accuracy and performance.
  56     ///
  57     /// **Known problems:** None
  58     ///
  59     /// **Example:**
  60     ///
  61     /// ```rust
  62     /// use std::f32::consts::E;
  63     ///
  64     /// let a = 3f32;
  65     /// let _ = (2f32).powf(a);
  66     /// let _ = E.powf(a);
  67     /// let _ = a.powf(1.0 / 2.0);
  68     /// let _ = a.log(2.0);
  69     /// let _ = a.log(10.0);
  70     /// let _ = a.log(E);
  71     /// let _ = a.powf(2.0);
  72     /// let _ = a * 2.0 + 4.0;
  73     /// let _ = if a < 0.0 {
  74     ///     -a
  75     /// } else {
  76     ///     a
  77     /// };
  78     /// let _ = if a < 0.0 {
  79     ///     a
  80     /// } else {
  81     ///     -a
  82     /// };
  83     /// ```
  84     ///
  85     /// is better expressed as
  86     ///
  87     /// ```rust
  88     /// use std::f32::consts::E;
  89     ///
  90     /// let a = 3f32;
  91     /// let _ = a.exp2();
  92     /// let _ = a.exp();
  93     /// let _ = a.sqrt();
  94     /// let _ = a.log2();
  95     /// let _ = a.log10();
  96     /// let _ = a.ln();
  97     /// let _ = a.powi(2);
  98     /// let _ = a.mul_add(2.0, 4.0);
  99     /// let _ = a.abs();
 100     /// let _ = -a.abs();
 101     /// ```
 102     pub SUBOPTIMAL_FLOPS,
 103     nursery,
 104     "usage of sub-optimal floating point operations"
 105 }
 106
 107 declare_lint_pass!(FloatingPointArithmetic => [
 108     IMPRECISE_FLOPS,
 109     SUBOPTIMAL_FLOPS
 110 ]);
 111
 112 // Returns the specialized log method for a given base if base is constant
 113 // and is one of 2, 10 and e
 114 fn get_specialized_log_method(cx: &LateContext<'_>, base: &Expr<'_>) -> Option<&'static str> {
 115     if let Some((value, _)) = constant(cx, cx.tables(), base) {
 116         if F32(2.0) == value || F64(2.0) == value {
 117             return Some("log2");
 118         } else if F32(10.0) == value || F64(10.0) == value {
 119             return Some("log10");
 120         } else if F32(f32_consts::E) == value || F64(f64_consts::E) == value {
 121             return Some("ln");
 122         }
 123     }
 124
 125     None
 126 }
 127
 128 // Adds type suffixes and parenthesis to method receivers if necessary
 129 fn prepare_receiver_sugg<'a>(cx: &LateContext<'_>, mut expr: &'a Expr<'a>) -> Sugg<'a> {
 130     let mut suggestion = Sugg::hir(cx, expr, "..");
 131
 132     if let ExprKind::Unary(UnOp::UnNeg, inner_expr) = &expr.kind {
 133         expr = &inner_expr;
 134     }
 135
 136     if_chain! {
 137         // if the expression is a float literal and it is unsuffixed then
 138         // add a suffix so the suggestion is valid and unambiguous
 139         if let ty::Float(float_ty) = cx.tables().expr_ty(expr).kind;
 140         if let ExprKind::Lit(lit) = &expr.kind;
 141         if let ast::LitKind::Float(sym, ast::LitFloatType::Unsuffixed) = lit.node;
 142         then {
 143             let op = format!(
 144                 "{}{}{}",
 145                 suggestion,
 146                 // Check for float literals without numbers following the decimal
 147                 // separator such as `2.` and adds a trailing zero
 148                 if sym.as_str().ends_with('.') {
 149                     "0"
 150                 } else {
 151                     ""
 152                 },
 153                 float_ty.name_str()
 154             ).into();
 155
 156             suggestion = match suggestion {
 157                 Sugg::MaybeParen(_) => Sugg::MaybeParen(op),
 158                 _ => Sugg::NonParen(op)
 159             };
 160         }
 161     }
 162
 163     suggestion.maybe_par()
 164 }
 165
 166 fn check_log_base(cx: &LateContext<'_>, expr: &Expr<'_>, args: &[Expr<'_>]) {
 167     if let Some(method) = get_specialized_log_method(cx, &args[1]) {
 168         span_lint_and_sugg(
 169             cx,
 170             SUBOPTIMAL_FLOPS,
 171             expr.span,
 172             "logarithm for bases 2, 10 and e can be computed more accurately",
 173             "consider using",
 174             format!("{}.{}()", Sugg::hir(cx, &args[0], ".."), method),
 175             Applicability::MachineApplicable,
 176         );
 177     }
 178 }
 179
 180 // TODO: Lint expressions of the form `(x + y).ln()` where y > 1 and
 181 // suggest usage of `(x + (y - 1)).ln_1p()` instead
 182 fn check_ln1p(cx: &LateContext<'_>, expr: &Expr<'_>, args: &[Expr<'_>]) {
 183     if let ExprKind::Binary(
 184         Spanned {
 185             node: BinOpKind::Add, ..
 186         },
 187         lhs,
 188         rhs,
 189     ) = &args[0].kind
 190     {
 191         let recv = match (constant(cx, cx.tables(), lhs), constant(cx, cx.tables(), rhs)) {
 192             (Some((value, _)), _) if F32(1.0) == value || F64(1.0) == value => rhs,
 193             (_, Some((value, _))) if F32(1.0) == value || F64(1.0) == value => lhs,
 194             _ => return,
 195         };
 196
 197         span_lint_and_sugg(
 198             cx,
 199             IMPRECISE_FLOPS,
 200             expr.span,
 201             "ln(1 + x) can be computed more accurately",
 202             "consider using",
 203             format!("{}.ln_1p()", prepare_receiver_sugg(cx, recv)),
 204             Applicability::MachineApplicable,
 205         );
 206     }
 207 }
 208
 209 // Returns an integer if the float constant is a whole number and it can be
 210 // converted to an integer without loss of precision. For now we only check
 211 // ranges [-16777215, 16777216) for type f32 as whole number floats outside
 212 // this range are lossy and ambiguous.
 213 #[allow(clippy::cast_possible_truncation)]
 214 fn get_integer_from_float_constant(value: &Constant) -> Option<i32> {
 215     match value {
 216         F32(num) if num.fract() == 0.0 => {
 217             if (-16_777_215.0..16_777_216.0).contains(num) {
 218                 Some(num.round() as i32)
 219             } else {
 220                 None
 221             }
 222         },
 223         F64(num) if num.fract() == 0.0 => {
 224             if (-2_147_483_648.0..2_147_483_648.0).contains(num) {
 225                 Some(num.round() as i32)
 226             } else {
 227                 None
 228             }
 229         },
 230         _ => None,
 231     }
 232 }
 233
 234 fn check_powf(cx: &LateContext<'_>, expr: &Expr<'_>, args: &[Expr<'_>]) {
 235     // Check receiver
 236     if let Some((value, _)) = constant(cx, cx.tables(), &args[0]) {
 237         let method = if F32(f32_consts::E) == value || F64(f64_consts::E) == value {
 238             "exp"
 239         } else if F32(2.0) == value || F64(2.0) == value {
 240             "exp2"
 241         } else {
 242             return;
 243         };
 244
 245         span_lint_and_sugg(
 246             cx,
 247             SUBOPTIMAL_FLOPS,
 248             expr.span,
 249             "exponent for bases 2 and e can be computed more accurately",
 250             "consider using",
 251             format!("{}.{}()", prepare_receiver_sugg(cx, &args[1]), method),
 252             Applicability::MachineApplicable,
 253         );
 254     }
 255
 256     // Check argument
 257     if let Some((value, _)) = constant(cx, cx.tables(), &args[1]) {
 258         let (lint, help, suggestion) = if F32(1.0 / 2.0) == value || F64(1.0 / 2.0) == value {
 259             (
 260                 SUBOPTIMAL_FLOPS,
 261                 "square-root of a number can be computed more efficiently and accurately",
 262                 format!("{}.sqrt()", Sugg::hir(cx, &args[0], "..")),
 263             )
 264         } else if F32(1.0 / 3.0) == value || F64(1.0 / 3.0) == value {
 265             (
 266                 IMPRECISE_FLOPS,
 267                 "cube-root of a number can be computed more accurately",
 268                 format!("{}.cbrt()", Sugg::hir(cx, &args[0], "..")),
 269             )
 270         } else if let Some(exponent) = get_integer_from_float_constant(&value) {
 271             (
 272                 SUBOPTIMAL_FLOPS,
 273                 "exponentiation with integer powers can be computed more efficiently",
 274                 format!(
 275                     "{}.powi({})",
 276                     Sugg::hir(cx, &args[0], ".."),
 277                     numeric_literal::format(&exponent.to_string(), None, false)
 278                 ),
 279             )
 280         } else {
 281             return;
 282         };
 283
 284         span_lint_and_sugg(
 285             cx,
 286             lint,
 287             expr.span,
 288             help,
 289             "consider using",
 290             suggestion,
 291             Applicability::MachineApplicable,
 292         );
 293     }
 294 }
 295
 296 fn check_powi(cx: &LateContext<'_, '_>, expr: &Expr<'_>, args: &[Expr<'_>]) {
 297     // Check argument
 298     if let Some((value, _)) = constant(cx, cx.tables, &args[1]) {
 299         let (lint, help, suggestion) = match value {
 300             Int(2) => (
 301                 IMPRECISE_FLOPS,
 302                 "square can be computed more accurately",
 303                 format!("{} * {}", Sugg::hir(cx, &args[0], ".."), Sugg::hir(cx, &args[0], "..")),
 304             ),
 305             _ => return,
 306         };
 307
 308         span_lint_and_sugg(
 309             cx,
 310             lint,
 311             expr.span,
 312             help,
 313             "consider using",
 314             suggestion,
 315             Applicability::MachineApplicable,
 316         );
 317     }
 318 }
 319
 320 // TODO: Lint expressions of the form `x.exp() - y` where y > 1
 321 // and suggest usage of `x.exp_m1() - (y - 1)` instead
 322 fn check_expm1(cx: &LateContext<'_>, expr: &Expr<'_>) {
 323     if_chain! {
 324         if let ExprKind::Binary(Spanned { node: BinOpKind::Sub, .. }, ref lhs, ref rhs) = expr.kind;
 325         if cx.tables().expr_ty(lhs).is_floating_point();
 326         if let Some((value, _)) = constant(cx, cx.tables(), rhs);
 327         if F32(1.0) == value || F64(1.0) == value;
 328         if let ExprKind::MethodCall(ref path, _, ref method_args, _) = lhs.kind;
 329         if cx.tables().expr_ty(&method_args[0]).is_floating_point();
 330         if path.ident.name.as_str() == "exp";
 331         then {
 332             span_lint_and_sugg(
 333                 cx,
 334                 IMPRECISE_FLOPS,
 335                 expr.span,
 336                 "(e.pow(x) - 1) can be computed more accurately",
 337                 "consider using",
 338                 format!(
 339                     "{}.exp_m1()",
 340                     Sugg::hir(cx, &method_args[0], "..")
 341                 ),
 342                 Applicability::MachineApplicable,
 343             );
 344         }
 345     }
 346 }
 347
 348 fn is_float_mul_expr<'a>(cx: &LateContext<'_>, expr: &'a Expr<'a>) -> Option<(&'a Expr<'a>, &'a Expr<'a>)> {
 349     if_chain! {
 350         if let ExprKind::Binary(Spanned { node: BinOpKind::Mul, .. }, ref lhs, ref rhs) = &expr.kind;
 351         if cx.tables().expr_ty(lhs).is_floating_point();
 352         if cx.tables().expr_ty(rhs).is_floating_point();
 353         then {
 354             return Some((lhs, rhs));
 355         }
 356     }
 357
 358     None
 359 }
 360
 361 // TODO: Fix rust-lang/rust-clippy#4735
 362 fn check_mul_add(cx: &LateContext<'_>, expr: &Expr<'_>) {
 363     if let ExprKind::Binary(
 364         Spanned {
 365             node: BinOpKind::Add, ..
 366         },
 367         lhs,
 368         rhs,
 369     ) = &expr.kind
 370     {
 371         let (recv, arg1, arg2) = if let Some((inner_lhs, inner_rhs)) = is_float_mul_expr(cx, lhs) {
 372             (inner_lhs, inner_rhs, rhs)
 373         } else if let Some((inner_lhs, inner_rhs)) = is_float_mul_expr(cx, rhs) {
 374             (inner_lhs, inner_rhs, lhs)
 375         } else {
 376             return;
 377         };
 378
 379         span_lint_and_sugg(
 380             cx,
 381             SUBOPTIMAL_FLOPS,
 382             expr.span,
 383             "multiply and add expressions can be calculated more efficiently and accurately",
 384             "consider using",
 385             format!(
 386                 "{}.mul_add({}, {})",
 387                 prepare_receiver_sugg(cx, recv),
 388                 Sugg::hir(cx, arg1, ".."),
 389                 Sugg::hir(cx, arg2, ".."),
 390             ),
 391             Applicability::MachineApplicable,
 392         );
 393     }
 394 }
 395
 396 /// Returns true iff expr is an expression which tests whether or not
 397 /// test is positive or an expression which tests whether or not test
 398 /// is nonnegative.
 399 /// Used for check-custom-abs function below
 400 fn is_testing_positive(cx: &LateContext<'_>, expr: &Expr<'_>, test: &Expr<'_>) -> bool {
 401     if let ExprKind::Binary(Spanned { node: op, .. }, left, right) = expr.kind {
 402         match op {
 403             BinOpKind::Gt | BinOpKind::Ge => is_zero(cx, right) && are_exprs_equal(cx, left, test),
 404             BinOpKind::Lt | BinOpKind::Le => is_zero(cx, left) && are_exprs_equal(cx, right, test),
 405             _ => false,
 406         }
 407     } else {
 408         false
 409     }
 410 }
 411
 412 /// See [`is_testing_positive`]
 413 fn is_testing_negative(cx: &LateContext<'_>, expr: &Expr<'_>, test: &Expr<'_>) -> bool {
 414     if let ExprKind::Binary(Spanned { node: op, .. }, left, right) = expr.kind {
 415         match op {
 416             BinOpKind::Gt | BinOpKind::Ge => is_zero(cx, left) && are_exprs_equal(cx, right, test),
 417             BinOpKind::Lt | BinOpKind::Le => is_zero(cx, right) && are_exprs_equal(cx, left, test),
 418             _ => false,
 419         }
 420     } else {
 421         false
 422     }
 423 }
 424
 425 fn are_exprs_equal(cx: &LateContext<'_>, expr1: &Expr<'_>, expr2: &Expr<'_>) -> bool {
 426     SpanlessEq::new(cx).ignore_fn().eq_expr(expr1, expr2)
 427 }
 428
 429 /// Returns true iff expr is some zero literal
 430 fn is_zero(cx: &LateContext<'_>, expr: &Expr<'_>) -> bool {
 431     match constant_simple(cx, cx.tables(), expr) {
 432         Some(Constant::Int(i)) => i == 0,
 433         Some(Constant::F32(f)) => f == 0.0,
 434         Some(Constant::F64(f)) => f == 0.0,
 435         _ => false,
 436     }
 437 }
 438
 439 /// If the two expressions are negations of each other, then it returns
 440 /// a tuple, in which the first element is true iff expr1 is the
 441 /// positive expressions, and the second element is the positive
 442 /// one of the two expressions
 443 /// If the two expressions are not negations of each other, then it
 444 /// returns None.
 445 fn are_negated<'a>(cx: &LateContext<'_>, expr1: &'a Expr<'a>, expr2: &'a Expr<'a>) -> Option<(bool, &'a Expr<'a>)> {
 446     if let ExprKind::Unary(UnOp::UnNeg, expr1_negated) = &expr1.kind {
 447         if are_exprs_equal(cx, expr1_negated, expr2) {
 448             return Some((false, expr2));
 449         }
 450     }
 451     if let ExprKind::Unary(UnOp::UnNeg, expr2_negated) = &expr2.kind {
 452         if are_exprs_equal(cx, expr1, expr2_negated) {
 453             return Some((true, expr1));
 454         }
 455     }
 456     None
 457 }
 458
 459 fn check_custom_abs(cx: &LateContext<'_>, expr: &Expr<'_>) {
 460     if_chain! {
 461         if let Some((cond, body, Some(else_body))) = higher::if_block(&expr);
 462         if let ExprKind::Block(block, _) = body.kind;
 463         if block.stmts.is_empty();
 464         if let Some(if_body_expr) = block.expr;
 465         if let ExprKind::Block(else_block, _) = else_body.kind;
 466         if else_block.stmts.is_empty();
 467         if let Some(else_body_expr) = else_block.expr;
 468         if let Some((if_expr_positive, body)) = are_negated(cx, if_body_expr, else_body_expr);
 469         then {
 470             let positive_abs_sugg = (
 471                 "manual implementation of `abs` method",
 472                 format!("{}.abs()", Sugg::hir(cx, body, "..")),
 473             );
 474             let negative_abs_sugg = (
 475                 "manual implementation of negation of `abs` method",
 476                 format!("-{}.abs()", Sugg::hir(cx, body, "..")),
 477             );
 478             let sugg = if is_testing_positive(cx, cond, body) {
 479                 if if_expr_positive {
 480                     positive_abs_sugg
 481                 } else {
 482                     negative_abs_sugg
 483                 }
 484             } else if is_testing_negative(cx, cond, body) {
 485                 if if_expr_positive {
 486                     negative_abs_sugg
 487                 } else {
 488                     positive_abs_sugg
 489                 }
 490             } else {
 491                 return;
 492             };
 493             span_lint_and_sugg(
 494                 cx,
 495                 SUBOPTIMAL_FLOPS,
 496                 expr.span,
 497                 sugg.0,
 498                 "try",
 499                 sugg.1,
 500                 Applicability::MachineApplicable,
 501             );
 502         }
 503     }
 504 }
 505
 506 impl<'tcx> LateLintPass<'tcx> for FloatingPointArithmetic {
 507     fn check_expr(&mut self, cx: &LateContext<'tcx>, expr: &'tcx Expr<'_>) {
 508         if let ExprKind::MethodCall(ref path, _, args, _) = &expr.kind {
 509             let recv_ty = cx.tables().expr_ty(&args[0]);
 510
 511             if recv_ty.is_floating_point() {
 512                 match &*path.ident.name.as_str() {
 513                     "ln" => check_ln1p(cx, expr, args),
 514                     "log" => check_log_base(cx, expr, args),
 515                     "powf" => check_powf(cx, expr, args),
 516                     "powi" => check_powi(cx, expr, args),
 517                     _ => {},
 518                 }
 519             }
 520         } else {
 521             check_expm1(cx, expr);
 522             check_mul_add(cx, expr);
 523             check_custom_abs(cx, expr);
 524         }
 525     }
 526 }