]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - compiler/rustc_codegen_llvm/src/consts.rs
Auto merge of #84267 - dtolnay:ptrunit, r=nagisa
[rust.git] / compiler / rustc_codegen_llvm / src / consts.rs
1 use crate::base;
2 use crate::common::CodegenCx;
3 use crate::debuginfo;
4 use crate::llvm::{self, True};
5 use crate::type_::Type;
6 use crate::type_of::LayoutLlvmExt;
7 use crate::value::Value;
8 use cstr::cstr;
9 use libc::c_uint;
10 use rustc_codegen_ssa::traits::*;
11 use rustc_hir::def_id::DefId;
12 use rustc_middle::middle::codegen_fn_attrs::{CodegenFnAttrFlags, CodegenFnAttrs};
13 use rustc_middle::mir::interpret::{
14     read_target_uint, Allocation, ErrorHandled, GlobalAlloc, InitChunk, Pointer,
15     Scalar as InterpScalar,
16 };
17 use rustc_middle::mir::mono::MonoItem;
18 use rustc_middle::ty::layout::LayoutOf;
19 use rustc_middle::ty::{self, Instance, Ty};
20 use rustc_middle::{bug, span_bug};
21 use rustc_target::abi::{
22     AddressSpace, Align, HasDataLayout, Primitive, Scalar, Size, WrappingRange,
23 };
24 use std::ops::Range;
25 use tracing::debug;
26
27 pub fn const_alloc_to_llvm(cx: &CodegenCx<'ll, '_>, alloc: &Allocation) -> &'ll Value {
28     let mut llvals = Vec::with_capacity(alloc.relocations().len() + 1);
29     let dl = cx.data_layout();
30     let pointer_size = dl.pointer_size.bytes() as usize;
31
32     // Note: this function may call `inspect_with_uninit_and_ptr_outside_interpreter`,
33     // so `range` must be within the bounds of `alloc` and not contain or overlap a relocation.
34     fn append_chunks_of_init_and_uninit_bytes<'ll, 'a, 'b>(
35         llvals: &mut Vec<&'ll Value>,
36         cx: &'a CodegenCx<'ll, 'b>,
37         alloc: &'a Allocation,
38         range: Range<usize>,
39     ) {
40         let mut chunks = alloc
41             .init_mask()
42             .range_as_init_chunks(Size::from_bytes(range.start), Size::from_bytes(range.end));
43
44         let chunk_to_llval = move |chunk| match chunk {
45             InitChunk::Init(range) => {
46                 let range = (range.start.bytes() as usize)..(range.end.bytes() as usize);
47                 let bytes = alloc.inspect_with_uninit_and_ptr_outside_interpreter(range);
48                 cx.const_bytes(bytes)
49             }
50             InitChunk::Uninit(range) => {
51                 let len = range.end.bytes() - range.start.bytes();
52                 cx.const_undef(cx.type_array(cx.type_i8(), len))
53             }
54         };
55
56         // Generating partially-uninit consts inhibits optimizations, so it is disabled by default.
57         // See https://github.com/rust-lang/rust/issues/84565.
58         let allow_partially_uninit =
59             match cx.sess().opts.debugging_opts.partially_uninit_const_threshold {
60                 Some(max) => range.len() <= max,
61                 None => false,
62             };
63
64         if allow_partially_uninit {
65             llvals.extend(chunks.map(chunk_to_llval));
66         } else {
67             let llval = match (chunks.next(), chunks.next()) {
68                 (Some(chunk), None) => {
69                     // exactly one chunk, either fully init or fully uninit
70                     chunk_to_llval(chunk)
71                 }
72                 _ => {
73                     // partially uninit, codegen as if it was initialized
74                     // (using some arbitrary value for uninit bytes)
75                     let bytes = alloc.inspect_with_uninit_and_ptr_outside_interpreter(range);
76                     cx.const_bytes(bytes)
77                 }
78             };
79             llvals.push(llval);
80         }
81     }
82
83     let mut next_offset = 0;
84     for &(offset, alloc_id) in alloc.relocations().iter() {
85         let offset = offset.bytes();
86         assert_eq!(offset as usize as u64, offset);
87         let offset = offset as usize;
88         if offset > next_offset {
89             // This `inspect` is okay since we have checked that it is not within a relocation, it
90             // is within the bounds of the allocation, and it doesn't affect interpreter execution
91             // (we inspect the result after interpreter execution).
92             append_chunks_of_init_and_uninit_bytes(&mut llvals, cx, alloc, next_offset..offset);
93         }
94         let ptr_offset = read_target_uint(
95             dl.endian,
96             // This `inspect` is okay since it is within the bounds of the allocation, it doesn't
97             // affect interpreter execution (we inspect the result after interpreter execution),
98             // and we properly interpret the relocation as a relocation pointer offset.
99             alloc.inspect_with_uninit_and_ptr_outside_interpreter(offset..(offset + pointer_size)),
100         )
101         .expect("const_alloc_to_llvm: could not read relocation pointer")
102             as u64;
103
104         let address_space = match cx.tcx.global_alloc(alloc_id) {
105             GlobalAlloc::Function(..) => cx.data_layout().instruction_address_space,
106             GlobalAlloc::Static(..) | GlobalAlloc::Memory(..) => AddressSpace::DATA,
107         };
108
109         llvals.push(cx.scalar_to_backend(
110             InterpScalar::from_pointer(
111                 Pointer::new(alloc_id, Size::from_bytes(ptr_offset)),
112                 &cx.tcx,
113             ),
114             Scalar { value: Primitive::Pointer, valid_range: WrappingRange { start: 0, end: !0 } },
115             cx.type_i8p_ext(address_space),
116         ));
117         next_offset = offset + pointer_size;
118     }
119     if alloc.len() >= next_offset {
120         let range = next_offset..alloc.len();
121         // This `inspect` is okay since we have check that it is after all relocations, it is
122         // within the bounds of the allocation, and it doesn't affect interpreter execution (we
123         // inspect the result after interpreter execution).
124         append_chunks_of_init_and_uninit_bytes(&mut llvals, cx, alloc, range);
125     }
126
127     cx.const_struct(&llvals, true)
128 }
129
130 pub fn codegen_static_initializer(
131     cx: &CodegenCx<'ll, 'tcx>,
132     def_id: DefId,
133 ) -> Result<(&'ll Value, &'tcx Allocation), ErrorHandled> {
134     let alloc = cx.tcx.eval_static_initializer(def_id)?;
135     Ok((const_alloc_to_llvm(cx, alloc), alloc))
136 }
137
138 fn set_global_alignment(cx: &CodegenCx<'ll, '_>, gv: &'ll Value, mut align: Align) {
139     // The target may require greater alignment for globals than the type does.
140     // Note: GCC and Clang also allow `__attribute__((aligned))` on variables,
141     // which can force it to be smaller.  Rust doesn't support this yet.
142     if let Some(min) = cx.sess().target.min_global_align {
143         match Align::from_bits(min) {
144             Ok(min) => align = align.max(min),
145             Err(err) => {
146                 cx.sess().err(&format!("invalid minimum global alignment: {}", err));
147             }
148         }
149     }
150     unsafe {
151         llvm::LLVMSetAlignment(gv, align.bytes() as u32);
152     }
153 }
154
155 fn check_and_apply_linkage(
156     cx: &CodegenCx<'ll, 'tcx>,
157     attrs: &CodegenFnAttrs,
158     ty: Ty<'tcx>,
159     sym: &str,
160     span_def_id: DefId,
161 ) -> &'ll Value {
162     let llty = cx.layout_of(ty).llvm_type(cx);
163     if let Some(linkage) = attrs.linkage {
164         debug!("get_static: sym={} linkage={:?}", sym, linkage);
165
166         // If this is a static with a linkage specified, then we need to handle
167         // it a little specially. The typesystem prevents things like &T and
168         // extern "C" fn() from being non-null, so we can't just declare a
169         // static and call it a day. Some linkages (like weak) will make it such
170         // that the static actually has a null value.
171         let llty2 = if let ty::RawPtr(ref mt) = ty.kind() {
172             cx.layout_of(mt.ty).llvm_type(cx)
173         } else {
174             cx.sess().span_fatal(
175                 cx.tcx.def_span(span_def_id),
176                 "must have type `*const T` or `*mut T` due to `#[linkage]` attribute",
177             )
178         };
179         unsafe {
180             // Declare a symbol `foo` with the desired linkage.
181             let g1 = cx.declare_global(sym, llty2);
182             llvm::LLVMRustSetLinkage(g1, base::linkage_to_llvm(linkage));
183
184             // Declare an internal global `extern_with_linkage_foo` which
185             // is initialized with the address of `foo`.  If `foo` is
186             // discarded during linking (for example, if `foo` has weak
187             // linkage and there are no definitions), then
188             // `extern_with_linkage_foo` will instead be initialized to
189             // zero.
190             let mut real_name = "_rust_extern_with_linkage_".to_string();
191             real_name.push_str(sym);
192             let g2 = cx.define_global(&real_name, llty).unwrap_or_else(|| {
193                 cx.sess().span_fatal(
194                     cx.tcx.def_span(span_def_id),
195                     &format!("symbol `{}` is already defined", &sym),
196                 )
197             });
198             llvm::LLVMRustSetLinkage(g2, llvm::Linkage::InternalLinkage);
199             llvm::LLVMSetInitializer(g2, g1);
200             g2
201         }
202     } else {
203         // Generate an external declaration.
204         // FIXME(nagisa): investigate whether it can be changed into define_global
205         cx.declare_global(sym, llty)
206     }
207 }
208
209 pub fn ptrcast(val: &'ll Value, ty: &'ll Type) -> &'ll Value {
210     unsafe { llvm::LLVMConstPointerCast(val, ty) }
211 }
212
213 impl CodegenCx<'ll, 'tcx> {
214     crate fn const_bitcast(&self, val: &'ll Value, ty: &'ll Type) -> &'ll Value {
215         unsafe { llvm::LLVMConstBitCast(val, ty) }
216     }
217
218     crate fn static_addr_of_mut(
219         &self,
220         cv: &'ll Value,
221         align: Align,
222         kind: Option<&str>,
223     ) -> &'ll Value {
224         unsafe {
225             let gv = match kind {
226                 Some(kind) if !self.tcx.sess.fewer_names() => {
227                     let name = self.generate_local_symbol_name(kind);
228                     let gv = self.define_global(&name[..], self.val_ty(cv)).unwrap_or_else(|| {
229                         bug!("symbol `{}` is already defined", name);
230                     });
231                     llvm::LLVMRustSetLinkage(gv, llvm::Linkage::PrivateLinkage);
232                     gv
233                 }
234                 _ => self.define_private_global(self.val_ty(cv)),
235             };
236             llvm::LLVMSetInitializer(gv, cv);
237             set_global_alignment(self, gv, align);
238             llvm::SetUnnamedAddress(gv, llvm::UnnamedAddr::Global);
239             gv
240         }
241     }
242
243     crate fn get_static(&self, def_id: DefId) -> &'ll Value {
244         let instance = Instance::mono(self.tcx, def_id);
245         if let Some(&g) = self.instances.borrow().get(&instance) {
246             return g;
247         }
248
249         let defined_in_current_codegen_unit =
250             self.codegen_unit.items().contains_key(&MonoItem::Static(def_id));
251         assert!(
252             !defined_in_current_codegen_unit,
253             "consts::get_static() should always hit the cache for \
254                  statics defined in the same CGU, but did not for `{:?}`",
255             def_id
256         );
257
258         let ty = instance.ty(self.tcx, ty::ParamEnv::reveal_all());
259         let sym = self.tcx.symbol_name(instance).name;
260         let fn_attrs = self.tcx.codegen_fn_attrs(def_id);
261
262         debug!("get_static: sym={} instance={:?} fn_attrs={:?}", sym, instance, fn_attrs);
263
264         let g = if def_id.is_local() && !self.tcx.is_foreign_item(def_id) {
265             let llty = self.layout_of(ty).llvm_type(self);
266             if let Some(g) = self.get_declared_value(sym) {
267                 if self.val_ty(g) != self.type_ptr_to(llty) {
268                     span_bug!(self.tcx.def_span(def_id), "Conflicting types for static");
269                 }
270             }
271
272             let g = self.declare_global(sym, llty);
273
274             if !self.tcx.is_reachable_non_generic(def_id) {
275                 unsafe {
276                     llvm::LLVMRustSetVisibility(g, llvm::Visibility::Hidden);
277                 }
278             }
279
280             g
281         } else {
282             check_and_apply_linkage(self, fn_attrs, ty, sym, def_id)
283         };
284
285         // Thread-local statics in some other crate need to *always* be linked
286         // against in a thread-local fashion, so we need to be sure to apply the
287         // thread-local attribute locally if it was present remotely. If we
288         // don't do this then linker errors can be generated where the linker
289         // complains that one object files has a thread local version of the
290         // symbol and another one doesn't.
291         if fn_attrs.flags.contains(CodegenFnAttrFlags::THREAD_LOCAL) {
292             llvm::set_thread_local_mode(g, self.tls_model);
293         }
294
295         if !def_id.is_local() {
296             let needs_dll_storage_attr = self.use_dll_storage_attrs && !self.tcx.is_foreign_item(def_id) &&
297                 // ThinLTO can't handle this workaround in all cases, so we don't
298                 // emit the attrs. Instead we make them unnecessary by disallowing
299                 // dynamic linking when linker plugin based LTO is enabled.
300                 !self.tcx.sess.opts.cg.linker_plugin_lto.enabled();
301
302             // If this assertion triggers, there's something wrong with commandline
303             // argument validation.
304             debug_assert!(
305                 !(self.tcx.sess.opts.cg.linker_plugin_lto.enabled()
306                     && self.tcx.sess.target.is_like_windows
307                     && self.tcx.sess.opts.cg.prefer_dynamic)
308             );
309
310             if needs_dll_storage_attr {
311                 // This item is external but not foreign, i.e., it originates from an external Rust
312                 // crate. Since we don't know whether this crate will be linked dynamically or
313                 // statically in the final application, we always mark such symbols as 'dllimport'.
314                 // If final linkage happens to be static, we rely on compiler-emitted __imp_ stubs
315                 // to make things work.
316                 //
317                 // However, in some scenarios we defer emission of statics to downstream
318                 // crates, so there are cases where a static with an upstream DefId
319                 // is actually present in the current crate. We can find out via the
320                 // is_codegened_item query.
321                 if !self.tcx.is_codegened_item(def_id) {
322                     unsafe {
323                         llvm::LLVMSetDLLStorageClass(g, llvm::DLLStorageClass::DllImport);
324                     }
325                 }
326             }
327         }
328
329         if self.use_dll_storage_attrs && self.tcx.is_dllimport_foreign_item(def_id) {
330             // For foreign (native) libs we know the exact storage type to use.
331             unsafe {
332                 llvm::LLVMSetDLLStorageClass(g, llvm::DLLStorageClass::DllImport);
333             }
334         }
335
336         unsafe {
337             if self.should_assume_dso_local(g, true) {
338                 llvm::LLVMRustSetDSOLocal(g, true);
339             }
340         }
341
342         self.instances.borrow_mut().insert(instance, g);
343         g
344     }
345 }
346
347 impl StaticMethods for CodegenCx<'ll, 'tcx> {
348     fn static_addr_of(&self, cv: &'ll Value, align: Align, kind: Option<&str>) -> &'ll Value {
349         if let Some(&gv) = self.const_globals.borrow().get(&cv) {
350             unsafe {
351                 // Upgrade the alignment in cases where the same constant is used with different
352                 // alignment requirements
353                 let llalign = align.bytes() as u32;
354                 if llalign > llvm::LLVMGetAlignment(gv) {
355                     llvm::LLVMSetAlignment(gv, llalign);
356                 }
357             }
358             return gv;
359         }
360         let gv = self.static_addr_of_mut(cv, align, kind);
361         unsafe {
362             llvm::LLVMSetGlobalConstant(gv, True);
363         }
364         self.const_globals.borrow_mut().insert(cv, gv);
365         gv
366     }
367
368     fn codegen_static(&self, def_id: DefId, is_mutable: bool) {
369         unsafe {
370             let attrs = self.tcx.codegen_fn_attrs(def_id);
371
372             let (v, alloc) = match codegen_static_initializer(self, def_id) {
373                 Ok(v) => v,
374                 // Error has already been reported
375                 Err(_) => return,
376             };
377
378             let g = self.get_static(def_id);
379
380             // boolean SSA values are i1, but they have to be stored in i8 slots,
381             // otherwise some LLVM optimization passes don't work as expected
382             let mut val_llty = self.val_ty(v);
383             let v = if val_llty == self.type_i1() {
384                 val_llty = self.type_i8();
385                 llvm::LLVMConstZExt(v, val_llty)
386             } else {
387                 v
388             };
389
390             let instance = Instance::mono(self.tcx, def_id);
391             let ty = instance.ty(self.tcx, ty::ParamEnv::reveal_all());
392             let llty = self.layout_of(ty).llvm_type(self);
393             let g = if val_llty == llty {
394                 g
395             } else {
396                 // If we created the global with the wrong type,
397                 // correct the type.
398                 let name = llvm::get_value_name(g).to_vec();
399                 llvm::set_value_name(g, b"");
400
401                 let linkage = llvm::LLVMRustGetLinkage(g);
402                 let visibility = llvm::LLVMRustGetVisibility(g);
403
404                 let new_g = llvm::LLVMRustGetOrInsertGlobal(
405                     self.llmod,
406                     name.as_ptr().cast(),
407                     name.len(),
408                     val_llty,
409                 );
410
411                 llvm::LLVMRustSetLinkage(new_g, linkage);
412                 llvm::LLVMRustSetVisibility(new_g, visibility);
413
414                 // To avoid breaking any invariants, we leave around the old
415                 // global for the moment; we'll replace all references to it
416                 // with the new global later. (See base::codegen_backend.)
417                 self.statics_to_rauw.borrow_mut().push((g, new_g));
418                 new_g
419             };
420             set_global_alignment(self, g, self.align_of(ty));
421             llvm::LLVMSetInitializer(g, v);
422
423             if self.should_assume_dso_local(g, true) {
424                 llvm::LLVMRustSetDSOLocal(g, true);
425             }
426
427             // As an optimization, all shared statics which do not have interior
428             // mutability are placed into read-only memory.
429             if !is_mutable && self.type_is_freeze(ty) {
430                 llvm::LLVMSetGlobalConstant(g, llvm::True);
431             }
432
433             debuginfo::create_global_var_metadata(self, def_id, g);
434
435             if attrs.flags.contains(CodegenFnAttrFlags::THREAD_LOCAL) {
436                 llvm::set_thread_local_mode(g, self.tls_model);
437
438                 // Do not allow LLVM to change the alignment of a TLS on macOS.
439                 //
440                 // By default a global's alignment can be freely increased.
441                 // This allows LLVM to generate more performant instructions
442                 // e.g., using load-aligned into a SIMD register.
443                 //
444                 // However, on macOS 10.10 or below, the dynamic linker does not
445                 // respect any alignment given on the TLS (radar 24221680).
446                 // This will violate the alignment assumption, and causing segfault at runtime.
447                 //
448                 // This bug is very easy to trigger. In `println!` and `panic!`,
449                 // the `LOCAL_STDOUT`/`LOCAL_STDERR` handles are stored in a TLS,
450                 // which the values would be `mem::replace`d on initialization.
451                 // The implementation of `mem::replace` will use SIMD
452                 // whenever the size is 32 bytes or higher. LLVM notices SIMD is used
453                 // and tries to align `LOCAL_STDOUT`/`LOCAL_STDERR` to a 32-byte boundary,
454                 // which macOS's dyld disregarded and causing crashes
455                 // (see issues #51794, #51758, #50867, #48866 and #44056).
456                 //
457                 // To workaround the bug, we trick LLVM into not increasing
458                 // the global's alignment by explicitly assigning a section to it
459                 // (equivalent to automatically generating a `#[link_section]` attribute).
460                 // See the comment in the `GlobalValue::canIncreaseAlignment()` function
461                 // of `lib/IR/Globals.cpp` for why this works.
462                 //
463                 // When the alignment is not increased, the optimized `mem::replace`
464                 // will use load-unaligned instructions instead, and thus avoiding the crash.
465                 //
466                 // We could remove this hack whenever we decide to drop macOS 10.10 support.
467                 if self.tcx.sess.target.is_like_osx {
468                     // The `inspect` method is okay here because we checked relocations, and
469                     // because we are doing this access to inspect the final interpreter state
470                     // (not as part of the interpreter execution).
471                     //
472                     // FIXME: This check requires that the (arbitrary) value of undefined bytes
473                     // happens to be zero. Instead, we should only check the value of defined bytes
474                     // and set all undefined bytes to zero if this allocation is headed for the
475                     // BSS.
476                     let all_bytes_are_zero = alloc.relocations().is_empty()
477                         && alloc
478                             .inspect_with_uninit_and_ptr_outside_interpreter(0..alloc.len())
479                             .iter()
480                             .all(|&byte| byte == 0);
481
482                     let sect_name = if all_bytes_are_zero {
483                         cstr!("__DATA,__thread_bss")
484                     } else {
485                         cstr!("__DATA,__thread_data")
486                     };
487                     llvm::LLVMSetSection(g, sect_name.as_ptr());
488                 }
489             }
490
491             // Wasm statics with custom link sections get special treatment as they
492             // go into custom sections of the wasm executable.
493             if self.tcx.sess.opts.target_triple.triple().starts_with("wasm32") {
494                 if let Some(section) = attrs.link_section {
495                     let section = llvm::LLVMMDStringInContext(
496                         self.llcx,
497                         section.as_str().as_ptr().cast(),
498                         section.as_str().len() as c_uint,
499                     );
500                     assert!(alloc.relocations().is_empty());
501
502                     // The `inspect` method is okay here because we checked relocations, and
503                     // because we are doing this access to inspect the final interpreter state (not
504                     // as part of the interpreter execution).
505                     let bytes =
506                         alloc.inspect_with_uninit_and_ptr_outside_interpreter(0..alloc.len());
507                     let alloc = llvm::LLVMMDStringInContext(
508                         self.llcx,
509                         bytes.as_ptr().cast(),
510                         bytes.len() as c_uint,
511                     );
512                     let data = [section, alloc];
513                     let meta = llvm::LLVMMDNodeInContext(self.llcx, data.as_ptr(), 2);
514                     llvm::LLVMAddNamedMetadataOperand(
515                         self.llmod,
516                         "wasm.custom_sections\0".as_ptr().cast(),
517                         meta,
518                     );
519                 }
520             } else {
521                 base::set_link_section(g, attrs);
522             }
523
524             if attrs.flags.contains(CodegenFnAttrFlags::USED) {
525                 // The semantics of #[used] in Rust only require the symbol to make it into the
526                 // object file. It is explicitly allowed for the linker to strip the symbol if it
527                 // is dead. As such, use llvm.compiler.used instead of llvm.used.
528                 // Additionally, https://reviews.llvm.org/D97448 in LLVM 13 started emitting unique
529                 // sections with SHF_GNU_RETAIN flag for llvm.used symbols, which may trigger bugs
530                 // in some versions of the gold linker.
531                 self.add_compiler_used_global(g);
532             }
533         }
534     }
535
536     /// Add a global value to a list to be stored in the `llvm.used` variable, an array of i8*.
537     fn add_used_global(&self, global: &'ll Value) {
538         let cast = unsafe { llvm::LLVMConstPointerCast(global, self.type_i8p()) };
539         self.used_statics.borrow_mut().push(cast);
540     }
541
542     /// Add a global value to a list to be stored in the `llvm.compiler.used` variable,
543     /// an array of i8*.
544     fn add_compiler_used_global(&self, global: &'ll Value) {
545         let cast = unsafe { llvm::LLVMConstPointerCast(global, self.type_i8p()) };
546         self.compiler_used_statics.borrow_mut().push(cast);
547     }
548 }