]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - compiler/rustc_middle/src/mir/syntax.rs
Rollup merge of #104953 - jyn514:fewer-submodule-updates, r=Mark-Simulacrum
[rust.git] / compiler / rustc_middle / src / mir / syntax.rs
1 //! This defines the syntax of MIR, i.e., the set of available MIR operations, and other definitions
2 //! closely related to MIR semantics.
3 //! This is in a dedicated file so that changes to this file can be reviewed more carefully.
4 //! The intention is that this file only contains datatype declarations, no code.
5
6 use super::{BasicBlock, Constant, Field, Local, SwitchTargets, UserTypeProjection};
7
8 use crate::mir::coverage::{CodeRegion, CoverageKind};
9 use crate::ty::adjustment::PointerCast;
10 use crate::ty::subst::SubstsRef;
11 use crate::ty::{self, List, Ty};
12 use crate::ty::{Region, UserTypeAnnotationIndex};
13
14 use rustc_ast::{InlineAsmOptions, InlineAsmTemplatePiece};
15 use rustc_hir::def_id::DefId;
16 use rustc_hir::{self as hir};
17 use rustc_hir::{self, GeneratorKind};
18 use rustc_target::abi::VariantIdx;
19
20 use rustc_ast::Mutability;
21 use rustc_span::def_id::LocalDefId;
22 use rustc_span::symbol::Symbol;
23 use rustc_span::Span;
24 use rustc_target::asm::InlineAsmRegOrRegClass;
25
26 /// Represents the "flavors" of MIR.
27 ///
28 /// All flavors of MIR use the same data structure, but there are some important differences. These
29 /// differences come in two forms: Dialects and phases.
30 ///
31 /// Dialects represent a stronger distinction than phases. This is because the transitions between
32 /// dialects are semantic changes, and therefore technically *lowerings* between distinct IRs. In
33 /// other words, the same [`Body`](crate::mir::Body) might be well-formed for multiple dialects, but
34 /// have different semantic meaning and different behavior at runtime.
35 ///
36 /// Each dialect additionally has a number of phases. However, phase changes never involve semantic
37 /// changes. If some MIR is well-formed both before and after a phase change, it is also guaranteed
38 /// that it has the same semantic meaning. In this sense, phase changes can only add additional
39 /// restrictions on what MIR is well-formed.
40 ///
41 /// When adding phases, remember to update [`MirPhase::phase_index`].
42 #[derive(Copy, Clone, TyEncodable, TyDecodable, Debug, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord)]
43 #[derive(HashStable)]
44 pub enum MirPhase {
45     /// The MIR that is generated by MIR building.
46     ///
47     /// The only things that operate on this dialect are unsafeck, the various MIR lints, and const
48     /// qualifs.
49     ///
50     /// This has no distinct phases.
51     Built,
52     /// The MIR used for most analysis.
53     ///
54     /// The only semantic change between analysis and built MIR is constant promotion. In built MIR,
55     /// sequences of statements that would generally be subject to constant promotion are
56     /// semantically constants, while in analysis MIR all constants are explicit.
57     ///
58     /// The result of const promotion is available from the `mir_promoted` and `promoted_mir` queries.
59     ///
60     /// This is the version of MIR used by borrowck and friends.
61     Analysis(AnalysisPhase),
62     /// The MIR used for CTFE, optimizations, and codegen.
63     ///
64     /// The semantic changes that occur in the lowering from analysis to runtime MIR are as follows:
65     ///
66     ///  - Drops: In analysis MIR, `Drop` terminators represent *conditional* drops; roughly speaking,
67     ///    if dataflow analysis determines that the place being dropped is uninitialized, the drop will
68     ///    not be executed. The exact semantics of this aren't written down anywhere, which means they
69     ///    are essentially "what drop elaboration does." In runtime MIR, the drops are unconditional;
70     ///    when a `Drop` terminator is reached, if the type has drop glue that drop glue is always
71     ///    executed. This may be UB if the underlying place is not initialized.
72     ///  - Packed drops: Places might in general be misaligned - in most cases this is UB, the exception
73     ///    is fields of packed structs. In analysis MIR, `Drop(P)` for a `P` that might be misaligned
74     ///    for this reason implicitly moves `P` to a temporary before dropping. Runtime MIR has no such
75     ///    rules, and dropping a misaligned place is simply UB.
76     ///  - Unwinding: in analysis MIR, unwinding from a function which may not unwind aborts. In runtime
77     ///    MIR, this is UB.
78     ///  - Retags: If `-Zmir-emit-retag` is enabled, analysis MIR has "implicit" retags in the same way
79     ///    that Rust itself has them. Where exactly these are is generally subject to change, and so we
80     ///    don't document this here. Runtime MIR has all retags explicit.
81     ///  - Generator bodies: In analysis MIR, locals may actually be behind a pointer that user code has
82     ///    access to. This occurs in generator bodies. Such locals do not behave like other locals,
83     ///    because they eg may be aliased in surprising ways. Runtime MIR has no such special locals -
84     ///    all generator bodies are lowered and so all places that look like locals really are locals.
85     ///
86     /// Also note that the lint pass which reports eg `200_u8 + 200_u8` as an error is run as a part
87     /// of analysis to runtime MIR lowering. To ensure lints are reported reliably, this means that
88     /// transformations which may suppress such errors should not run on analysis MIR.
89     Runtime(RuntimePhase),
90 }
91
92 impl MirPhase {
93     pub fn name(&self) -> &'static str {
94         match *self {
95             MirPhase::Built => "built",
96             MirPhase::Analysis(AnalysisPhase::Initial) => "analysis",
97             MirPhase::Analysis(AnalysisPhase::PostCleanup) => "analysis-post-cleanup",
98             MirPhase::Runtime(RuntimePhase::Initial) => "runtime",
99             MirPhase::Runtime(RuntimePhase::PostCleanup) => "runtime-post-cleanup",
100             MirPhase::Runtime(RuntimePhase::Optimized) => "runtime-optimized",
101         }
102     }
103 }
104
105 /// See [`MirPhase::Analysis`].
106 #[derive(Copy, Clone, TyEncodable, TyDecodable, Debug, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord)]
107 #[derive(HashStable)]
108 pub enum AnalysisPhase {
109     Initial = 0,
110     /// Beginning in this phase, the following variants are disallowed:
111     /// * [`TerminatorKind::FalseUnwind`]
112     /// * [`TerminatorKind::FalseEdge`]
113     /// * [`StatementKind::FakeRead`]
114     /// * [`StatementKind::AscribeUserType`]
115     /// * [`Rvalue::Ref`] with `BorrowKind::Shallow`
116     ///
117     /// Furthermore, `Deref` projections must be the first projection within any place (if they
118     /// appear at all)
119     PostCleanup = 1,
120 }
121
122 /// See [`MirPhase::Runtime`].
123 #[derive(Copy, Clone, TyEncodable, TyDecodable, Debug, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord)]
124 #[derive(HashStable)]
125 pub enum RuntimePhase {
126     /// In addition to the semantic changes, beginning with this phase, the following variants are
127     /// disallowed:
128     /// * [`TerminatorKind::DropAndReplace`]
129     /// * [`TerminatorKind::Yield`]
130     /// * [`TerminatorKind::GeneratorDrop`]
131     /// * [`Rvalue::Aggregate`] for any `AggregateKind` except `Array`
132     ///
133     /// And the following variants are allowed:
134     /// * [`StatementKind::Retag`]
135     /// * [`StatementKind::SetDiscriminant`]
136     /// * [`StatementKind::Deinit`]
137     ///
138     /// Furthermore, `Copy` operands are allowed for non-`Copy` types.
139     Initial = 0,
140     /// Beginning with this phase, the following variant is disallowed:
141     /// * [`ProjectionElem::Deref`] of `Box`
142     PostCleanup = 1,
143     Optimized = 2,
144 }
145
146 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
147 // Borrow kinds
148
149 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, TyEncodable, TyDecodable)]
150 #[derive(Hash, HashStable)]
151 pub enum BorrowKind {
152     /// Data must be immutable and is aliasable.
153     Shared,
154
155     /// The immediately borrowed place must be immutable, but projections from
156     /// it don't need to be. For example, a shallow borrow of `a.b` doesn't
157     /// conflict with a mutable borrow of `a.b.c`.
158     ///
159     /// This is used when lowering matches: when matching on a place we want to
160     /// ensure that place have the same value from the start of the match until
161     /// an arm is selected. This prevents this code from compiling:
162     /// ```compile_fail,E0510
163     /// let mut x = &Some(0);
164     /// match *x {
165     ///     None => (),
166     ///     Some(_) if { x = &None; false } => (),
167     ///     Some(_) => (),
168     /// }
169     /// ```
170     /// This can't be a shared borrow because mutably borrowing (*x as Some).0
171     /// should not prevent `if let None = x { ... }`, for example, because the
172     /// mutating `(*x as Some).0` can't affect the discriminant of `x`.
173     /// We can also report errors with this kind of borrow differently.
174     Shallow,
175
176     /// Data must be immutable but not aliasable. This kind of borrow
177     /// cannot currently be expressed by the user and is used only in
178     /// implicit closure bindings. It is needed when the closure is
179     /// borrowing or mutating a mutable referent, e.g.:
180     /// ```
181     /// let mut z = 3;
182     /// let x: &mut isize = &mut z;
183     /// let y = || *x += 5;
184     /// ```
185     /// If we were to try to translate this closure into a more explicit
186     /// form, we'd encounter an error with the code as written:
187     /// ```compile_fail,E0594
188     /// struct Env<'a> { x: &'a &'a mut isize }
189     /// let mut z = 3;
190     /// let x: &mut isize = &mut z;
191     /// let y = (&mut Env { x: &x }, fn_ptr);  // Closure is pair of env and fn
192     /// fn fn_ptr(env: &mut Env) { **env.x += 5; }
193     /// ```
194     /// This is then illegal because you cannot mutate an `&mut` found
195     /// in an aliasable location. To solve, you'd have to translate with
196     /// an `&mut` borrow:
197     /// ```compile_fail,E0596
198     /// struct Env<'a> { x: &'a mut &'a mut isize }
199     /// let mut z = 3;
200     /// let x: &mut isize = &mut z;
201     /// let y = (&mut Env { x: &mut x }, fn_ptr); // changed from &x to &mut x
202     /// fn fn_ptr(env: &mut Env) { **env.x += 5; }
203     /// ```
204     /// Now the assignment to `**env.x` is legal, but creating a
205     /// mutable pointer to `x` is not because `x` is not mutable. We
206     /// could fix this by declaring `x` as `let mut x`. This is ok in
207     /// user code, if awkward, but extra weird for closures, since the
208     /// borrow is hidden.
209     ///
210     /// So we introduce a "unique imm" borrow -- the referent is
211     /// immutable, but not aliasable. This solves the problem. For
212     /// simplicity, we don't give users the way to express this
213     /// borrow, it's just used when translating closures.
214     Unique,
215
216     /// Data is mutable and not aliasable.
217     Mut {
218         /// `true` if this borrow arose from method-call auto-ref
219         /// (i.e., `adjustment::Adjust::Borrow`).
220         allow_two_phase_borrow: bool,
221     },
222 }
223
224 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
225 // Statements
226
227 /// The various kinds of statements that can appear in MIR.
228 ///
229 /// Not all of these are allowed at every [`MirPhase`]. Check the documentation there to see which
230 /// ones you do not have to worry about. The MIR validator will generally enforce such restrictions,
231 /// causing an ICE if they are violated.
232 #[derive(Clone, Debug, PartialEq, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable)]
233 #[derive(TypeFoldable, TypeVisitable)]
234 pub enum StatementKind<'tcx> {
235     /// Assign statements roughly correspond to an assignment in Rust proper (`x = ...`) except
236     /// without the possibility of dropping the previous value (that must be done separately, if at
237     /// all). The *exact* way this works is undecided. It probably does something like evaluating
238     /// the LHS to a place and the RHS to a value, and then storing the value to the place. Various
239     /// parts of this may do type specific things that are more complicated than simply copying
240     /// bytes.
241     ///
242     /// **Needs clarification**: The implication of the above idea would be that assignment implies
243     /// that the resulting value is initialized. I believe we could commit to this separately from
244     /// committing to whatever part of the memory model we would need to decide on to make the above
245     /// paragragh precise. Do we want to?
246     ///
247     /// Assignments in which the types of the place and rvalue differ are not well-formed.
248     ///
249     /// **Needs clarification**: Do we ever want to worry about non-free (in the body) lifetimes for
250     /// the typing requirement in post drop-elaboration MIR? I think probably not - I'm not sure we
251     /// could meaningfully require this anyway. How about free lifetimes? Is ignoring this
252     /// interesting for optimizations? Do we want to allow such optimizations?
253     ///
254     /// **Needs clarification**: We currently require that the LHS place not overlap with any place
255     /// read as part of computation of the RHS for some rvalues (generally those not producing
256     /// primitives). This requirement is under discussion in [#68364]. As a part of this discussion,
257     /// it is also unclear in what order the components are evaluated.
258     ///
259     /// [#68364]: https://github.com/rust-lang/rust/issues/68364
260     ///
261     /// See [`Rvalue`] documentation for details on each of those.
262     Assign(Box<(Place<'tcx>, Rvalue<'tcx>)>),
263
264     /// This represents all the reading that a pattern match may do (e.g., inspecting constants and
265     /// discriminant values), and the kind of pattern it comes from. This is in order to adapt
266     /// potential error messages to these specific patterns.
267     ///
268     /// Note that this also is emitted for regular `let` bindings to ensure that locals that are
269     /// never accessed still get some sanity checks for, e.g., `let x: ! = ..;`
270     ///
271     /// When executed at runtime this is a nop.
272     ///
273     /// Disallowed after drop elaboration.
274     FakeRead(Box<(FakeReadCause, Place<'tcx>)>),
275
276     /// Write the discriminant for a variant to the enum Place.
277     ///
278     /// This is permitted for both generators and ADTs. This does not necessarily write to the
279     /// entire place; instead, it writes to the minimum set of bytes as required by the layout for
280     /// the type.
281     SetDiscriminant { place: Box<Place<'tcx>>, variant_index: VariantIdx },
282
283     /// Deinitializes the place.
284     ///
285     /// This writes `uninit` bytes to the entire place.
286     Deinit(Box<Place<'tcx>>),
287
288     /// `StorageLive` and `StorageDead` statements mark the live range of a local.
289     ///
290     /// At any point during the execution of a function, each local is either allocated or
291     /// unallocated. Except as noted below, all locals except function parameters are initially
292     /// unallocated. `StorageLive` statements cause memory to be allocated for the local while
293     /// `StorageDead` statements cause the memory to be freed. Using a local in any way (not only
294     /// reading/writing from it) while it is unallocated is UB.
295     ///
296     /// Some locals have no `StorageLive` or `StorageDead` statements within the entire MIR body.
297     /// These locals are implicitly allocated for the full duration of the function. There is a
298     /// convenience method at `rustc_mir_dataflow::storage::always_storage_live_locals` for
299     /// computing these locals.
300     ///
301     /// If the local is already allocated, calling `StorageLive` again is UB. However, for an
302     /// unallocated local an additional `StorageDead` all is simply a nop.
303     StorageLive(Local),
304
305     /// See `StorageLive` above.
306     StorageDead(Local),
307
308     /// Retag references in the given place, ensuring they got fresh tags.
309     ///
310     /// This is part of the Stacked Borrows model. These statements are currently only interpreted
311     /// by miri and only generated when `-Z mir-emit-retag` is passed. See
312     /// <https://internals.rust-lang.org/t/stacked-borrows-an-aliasing-model-for-rust/8153/> for
313     /// more details.
314     ///
315     /// For code that is not specific to stacked borrows, you should consider retags to read
316     /// and modify the place in an opaque way.
317     Retag(RetagKind, Box<Place<'tcx>>),
318
319     /// Encodes a user's type ascription. These need to be preserved
320     /// intact so that NLL can respect them. For example:
321     /// ```ignore (illustrative)
322     /// let a: T = y;
323     /// ```
324     /// The effect of this annotation is to relate the type `T_y` of the place `y`
325     /// to the user-given type `T`. The effect depends on the specified variance:
326     ///
327     /// - `Covariant` -- requires that `T_y <: T`
328     /// - `Contravariant` -- requires that `T_y :> T`
329     /// - `Invariant` -- requires that `T_y == T`
330     /// - `Bivariant` -- no effect
331     ///
332     /// When executed at runtime this is a nop.
333     ///
334     /// Disallowed after drop elaboration.
335     AscribeUserType(Box<(Place<'tcx>, UserTypeProjection)>, ty::Variance),
336
337     /// Marks the start of a "coverage region", injected with '-Cinstrument-coverage'. A
338     /// `Coverage` statement carries metadata about the coverage region, used to inject a coverage
339     /// map into the binary. If `Coverage::kind` is a `Counter`, the statement also generates
340     /// executable code, to increment a counter variable at runtime, each time the code region is
341     /// executed.
342     Coverage(Box<Coverage>),
343
344     /// Denotes a call to an intrinsic that does not require an unwind path and always returns.
345     /// This avoids adding a new block and a terminator for simple intrinsics.
346     Intrinsic(Box<NonDivergingIntrinsic<'tcx>>),
347
348     /// No-op. Useful for deleting instructions without affecting statement indices.
349     Nop,
350 }
351
352 #[derive(
353     Clone,
354     TyEncodable,
355     TyDecodable,
356     Debug,
357     PartialEq,
358     Hash,
359     HashStable,
360     TypeFoldable,
361     TypeVisitable
362 )]
363 pub enum NonDivergingIntrinsic<'tcx> {
364     /// Denotes a call to the intrinsic function `assume`.
365     ///
366     /// The operand must be a boolean. Optimizers may use the value of the boolean to backtrack its
367     /// computation to infer information about other variables. So if the boolean came from a
368     /// `x < y` operation, subsequent operations on `x` and `y` could elide various bound checks.
369     /// If the argument is `false`, this operation is equivalent to `TerminatorKind::Unreachable`.
370     Assume(Operand<'tcx>),
371
372     /// Denotes a call to the intrinsic function `copy_nonoverlapping`.
373     ///
374     /// First, all three operands are evaluated. `src` and `dest` must each be a reference, pointer,
375     /// or `Box` pointing to the same type `T`. `count` must evaluate to a `usize`. Then, `src` and
376     /// `dest` are dereferenced, and `count * size_of::<T>()` bytes beginning with the first byte of
377     /// the `src` place are copied to the contiguous range of bytes beginning with the first byte
378     /// of `dest`.
379     ///
380     /// **Needs clarification**: In what order are operands computed and dereferenced? It should
381     /// probably match the order for assignment, but that is also undecided.
382     ///
383     /// **Needs clarification**: Is this typed or not, ie is there a typed load and store involved?
384     /// I vaguely remember Ralf saying somewhere that he thought it should not be.
385     CopyNonOverlapping(CopyNonOverlapping<'tcx>),
386 }
387
388 impl std::fmt::Display for NonDivergingIntrinsic<'_> {
389     fn fmt(&self, f: &mut std::fmt::Formatter<'_>) -> std::fmt::Result {
390         match self {
391             Self::Assume(op) => write!(f, "assume({op:?})"),
392             Self::CopyNonOverlapping(CopyNonOverlapping { src, dst, count }) => {
393                 write!(f, "copy_nonoverlapping(dst = {dst:?}, src = {src:?}, count = {count:?})")
394             }
395         }
396     }
397 }
398
399 /// Describes what kind of retag is to be performed.
400 #[derive(Copy, Clone, TyEncodable, TyDecodable, Debug, PartialEq, Eq, Hash, HashStable)]
401 #[rustc_pass_by_value]
402 pub enum RetagKind {
403     /// The initial retag when entering a function.
404     FnEntry,
405     /// Retag preparing for a two-phase borrow.
406     TwoPhase,
407     /// Retagging raw pointers.
408     Raw,
409     /// A "normal" retag.
410     Default,
411 }
412
413 /// The `FakeReadCause` describes the type of pattern why a FakeRead statement exists.
414 #[derive(Copy, Clone, TyEncodable, TyDecodable, Debug, Hash, HashStable, PartialEq)]
415 pub enum FakeReadCause {
416     /// Inject a fake read of the borrowed input at the end of each guards
417     /// code.
418     ///
419     /// This should ensure that you cannot change the variant for an enum while
420     /// you are in the midst of matching on it.
421     ForMatchGuard,
422
423     /// `let x: !; match x {}` doesn't generate any read of x so we need to
424     /// generate a read of x to check that it is initialized and safe.
425     ///
426     /// If a closure pattern matches a Place starting with an Upvar, then we introduce a
427     /// FakeRead for that Place outside the closure, in such a case this option would be
428     /// Some(closure_def_id).
429     /// Otherwise, the value of the optional LocalDefId will be None.
430     //
431     // We can use LocalDefId here since fake read statements are removed
432     // before codegen in the `CleanupNonCodegenStatements` pass.
433     ForMatchedPlace(Option<LocalDefId>),
434
435     /// A fake read of the RefWithinGuard version of a bind-by-value variable
436     /// in a match guard to ensure that its value hasn't change by the time
437     /// we create the OutsideGuard version.
438     ForGuardBinding,
439
440     /// Officially, the semantics of
441     ///
442     /// `let pattern = <expr>;`
443     ///
444     /// is that `<expr>` is evaluated into a temporary and then this temporary is
445     /// into the pattern.
446     ///
447     /// However, if we see the simple pattern `let var = <expr>`, we optimize this to
448     /// evaluate `<expr>` directly into the variable `var`. This is mostly unobservable,
449     /// but in some cases it can affect the borrow checker, as in #53695.
450     /// Therefore, we insert a "fake read" here to ensure that we get
451     /// appropriate errors.
452     ///
453     /// If a closure pattern matches a Place starting with an Upvar, then we introduce a
454     /// FakeRead for that Place outside the closure, in such a case this option would be
455     /// Some(closure_def_id).
456     /// Otherwise, the value of the optional DefId will be None.
457     ForLet(Option<LocalDefId>),
458
459     /// If we have an index expression like
460     ///
461     /// (*x)[1][{ x = y; 4}]
462     ///
463     /// then the first bounds check is invalidated when we evaluate the second
464     /// index expression. Thus we create a fake borrow of `x` across the second
465     /// indexer, which will cause a borrow check error.
466     ForIndex,
467 }
468
469 #[derive(Clone, Debug, PartialEq, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable)]
470 #[derive(TypeFoldable, TypeVisitable)]
471 pub struct Coverage {
472     pub kind: CoverageKind,
473     pub code_region: Option<CodeRegion>,
474 }
475
476 #[derive(Clone, Debug, PartialEq, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable)]
477 #[derive(TypeFoldable, TypeVisitable)]
478 pub struct CopyNonOverlapping<'tcx> {
479     pub src: Operand<'tcx>,
480     pub dst: Operand<'tcx>,
481     /// Number of elements to copy from src to dest, not bytes.
482     pub count: Operand<'tcx>,
483 }
484
485 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
486 // Terminators
487
488 /// The various kinds of terminators, representing ways of exiting from a basic block.
489 ///
490 /// A note on unwinding: Panics may occur during the execution of some terminators. Depending on the
491 /// `-C panic` flag, this may either cause the program to abort or the call stack to unwind. Such
492 /// terminators have a `cleanup: Option<BasicBlock>` field on them. If stack unwinding occurs, then
493 /// once the current function is reached, execution continues at the given basic block, if any. If
494 /// `cleanup` is `None` then no cleanup is performed, and the stack continues unwinding. This is
495 /// equivalent to the execution of a `Resume` terminator.
496 ///
497 /// The basic block pointed to by a `cleanup` field must have its `cleanup` flag set. `cleanup`
498 /// basic blocks have a couple restrictions:
499 ///  1. All `cleanup` fields in them must be `None`.
500 ///  2. `Return` terminators are not allowed in them. `Abort` and `Unwind` terminators are.
501 ///  3. All other basic blocks (in the current body) that are reachable from `cleanup` basic blocks
502 ///     must also be `cleanup`. This is a part of the type system and checked statically, so it is
503 ///     still an error to have such an edge in the CFG even if it's known that it won't be taken at
504 ///     runtime.
505 #[derive(Clone, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable, PartialEq, TypeFoldable, TypeVisitable)]
506 pub enum TerminatorKind<'tcx> {
507     /// Block has one successor; we continue execution there.
508     Goto { target: BasicBlock },
509
510     /// Switches based on the computed value.
511     ///
512     /// First, evaluates the `discr` operand. The type of the operand must be a signed or unsigned
513     /// integer, char, or bool, and must match the given type. Then, if the list of switch targets
514     /// contains the computed value, continues execution at the associated basic block. Otherwise,
515     /// continues execution at the "otherwise" basic block.
516     ///
517     /// Target values may not appear more than once.
518     SwitchInt {
519         /// The discriminant value being tested.
520         discr: Operand<'tcx>,
521
522         /// The type of value being tested.
523         /// This is always the same as the type of `discr`.
524         /// FIXME: remove this redundant information. Currently, it is relied on by pretty-printing.
525         switch_ty: Ty<'tcx>,
526
527         targets: SwitchTargets,
528     },
529
530     /// Indicates that the landing pad is finished and that the process should continue unwinding.
531     ///
532     /// Like a return, this marks the end of this invocation of the function.
533     ///
534     /// Only permitted in cleanup blocks. `Resume` is not permitted with `-C unwind=abort` after
535     /// deaggregation runs.
536     Resume,
537
538     /// Indicates that the landing pad is finished and that the process should abort.
539     ///
540     /// Used to prevent unwinding for foreign items or with `-C unwind=abort`. Only permitted in
541     /// cleanup blocks.
542     Abort,
543
544     /// Returns from the function.
545     ///
546     /// Like function calls, the exact semantics of returns in Rust are unclear. Returning very
547     /// likely at least assigns the value currently in the return place (`_0`) to the place
548     /// specified in the associated `Call` terminator in the calling function, as if assigned via
549     /// `dest = move _0`. It might additionally do other things, like have side-effects in the
550     /// aliasing model.
551     ///
552     /// If the body is a generator body, this has slightly different semantics; it instead causes a
553     /// `GeneratorState::Returned(_0)` to be created (as if by an `Aggregate` rvalue) and assigned
554     /// to the return place.
555     Return,
556
557     /// Indicates a terminator that can never be reached.
558     ///
559     /// Executing this terminator is UB.
560     Unreachable,
561
562     /// The behavior of this statement differs significantly before and after drop elaboration.
563     /// After drop elaboration, `Drop` executes the drop glue for the specified place, after which
564     /// it continues execution/unwinds at the given basic blocks. It is possible that executing drop
565     /// glue is special - this would be part of Rust's memory model. (**FIXME**: due we have an
566     /// issue tracking if drop glue has any interesting semantics in addition to those of a function
567     /// call?)
568     ///
569     /// `Drop` before drop elaboration is a *conditional* execution of the drop glue. Specifically, the
570     /// `Drop` will be executed if...
571     ///
572     /// **Needs clarification**: End of that sentence. This in effect should document the exact
573     /// behavior of drop elaboration. The following sounds vaguely right, but I'm not quite sure:
574     ///
575     /// > The drop glue is executed if, among all statements executed within this `Body`, an assignment to
576     /// > the place or one of its "parents" occurred more recently than a move out of it. This does not
577     /// > consider indirect assignments.
578     Drop { place: Place<'tcx>, target: BasicBlock, unwind: Option<BasicBlock> },
579
580     /// Drops the place and assigns a new value to it.
581     ///
582     /// This first performs the exact same operation as the pre drop-elaboration `Drop` terminator;
583     /// it then additionally assigns the `value` to the `place` as if by an assignment statement.
584     /// This assignment occurs both in the unwind and the regular code paths. The semantics are best
585     /// explained by the elaboration:
586     ///
587     /// ```ignore (MIR)
588     /// BB0 {
589     ///   DropAndReplace(P <- V, goto BB1, unwind BB2)
590     /// }
591     /// ```
592     ///
593     /// becomes
594     ///
595     /// ```ignore (MIR)
596     /// BB0 {
597     ///   Drop(P, goto BB1, unwind BB2)
598     /// }
599     /// BB1 {
600     ///   // P is now uninitialized
601     ///   P <- V
602     /// }
603     /// BB2 {
604     ///   // P is now uninitialized -- its dtor panicked
605     ///   P <- V
606     /// }
607     /// ```
608     ///
609     /// Disallowed after drop elaboration.
610     DropAndReplace {
611         place: Place<'tcx>,
612         value: Operand<'tcx>,
613         target: BasicBlock,
614         unwind: Option<BasicBlock>,
615     },
616
617     /// Roughly speaking, evaluates the `func` operand and the arguments, and starts execution of
618     /// the referred to function. The operand types must match the argument types of the function.
619     /// The return place type must match the return type. The type of the `func` operand must be
620     /// callable, meaning either a function pointer, a function type, or a closure type.
621     ///
622     /// **Needs clarification**: The exact semantics of this. Current backends rely on `move`
623     /// operands not aliasing the return place. It is unclear how this is justified in MIR, see
624     /// [#71117].
625     ///
626     /// [#71117]: https://github.com/rust-lang/rust/issues/71117
627     Call {
628         /// The function that’s being called.
629         func: Operand<'tcx>,
630         /// Arguments the function is called with.
631         /// These are owned by the callee, which is free to modify them.
632         /// This allows the memory occupied by "by-value" arguments to be
633         /// reused across function calls without duplicating the contents.
634         args: Vec<Operand<'tcx>>,
635         /// Where the returned value will be written
636         destination: Place<'tcx>,
637         /// Where to go after this call returns. If none, the call necessarily diverges.
638         target: Option<BasicBlock>,
639         /// Cleanups to be done if the call unwinds.
640         cleanup: Option<BasicBlock>,
641         /// `true` if this is from a call in HIR rather than from an overloaded
642         /// operator. True for overloaded function call.
643         from_hir_call: bool,
644         /// This `Span` is the span of the function, without the dot and receiver
645         /// (e.g. `foo(a, b)` in `x.foo(a, b)`
646         fn_span: Span,
647     },
648
649     /// Evaluates the operand, which must have type `bool`. If it is not equal to `expected`,
650     /// initiates a panic. Initiating a panic corresponds to a `Call` terminator with some
651     /// unspecified constant as the function to call, all the operands stored in the `AssertMessage`
652     /// as parameters, and `None` for the destination. Keep in mind that the `cleanup` path is not
653     /// necessarily executed even in the case of a panic, for example in `-C panic=abort`. If the
654     /// assertion does not fail, execution continues at the specified basic block.
655     Assert {
656         cond: Operand<'tcx>,
657         expected: bool,
658         msg: AssertMessage<'tcx>,
659         target: BasicBlock,
660         cleanup: Option<BasicBlock>,
661     },
662
663     /// Marks a suspend point.
664     ///
665     /// Like `Return` terminators in generator bodies, this computes `value` and then a
666     /// `GeneratorState::Yielded(value)` as if by `Aggregate` rvalue. That value is then assigned to
667     /// the return place of the function calling this one, and execution continues in the calling
668     /// function. When next invoked with the same first argument, execution of this function
669     /// continues at the `resume` basic block, with the second argument written to the `resume_arg`
670     /// place. If the generator is dropped before then, the `drop` basic block is invoked.
671     ///
672     /// Not permitted in bodies that are not generator bodies, or after generator lowering.
673     ///
674     /// **Needs clarification**: What about the evaluation order of the `resume_arg` and `value`?
675     Yield {
676         /// The value to return.
677         value: Operand<'tcx>,
678         /// Where to resume to.
679         resume: BasicBlock,
680         /// The place to store the resume argument in.
681         resume_arg: Place<'tcx>,
682         /// Cleanup to be done if the generator is dropped at this suspend point.
683         drop: Option<BasicBlock>,
684     },
685
686     /// Indicates the end of dropping a generator.
687     ///
688     /// Semantically just a `return` (from the generators drop glue). Only permitted in the same situations
689     /// as `yield`.
690     ///
691     /// **Needs clarification**: Is that even correct? The generator drop code is always confusing
692     /// to me, because it's not even really in the current body.
693     ///
694     /// **Needs clarification**: Are there type system constraints on these terminators? Should
695     /// there be a "block type" like `cleanup` blocks for them?
696     GeneratorDrop,
697
698     /// A block where control flow only ever takes one real path, but borrowck needs to be more
699     /// conservative.
700     ///
701     /// At runtime this is semantically just a goto.
702     ///
703     /// Disallowed after drop elaboration.
704     FalseEdge {
705         /// The target normal control flow will take.
706         real_target: BasicBlock,
707         /// A block control flow could conceptually jump to, but won't in
708         /// practice.
709         imaginary_target: BasicBlock,
710     },
711
712     /// A terminator for blocks that only take one path in reality, but where we reserve the right
713     /// to unwind in borrowck, even if it won't happen in practice. This can arise in infinite loops
714     /// with no function calls for example.
715     ///
716     /// At runtime this is semantically just a goto.
717     ///
718     /// Disallowed after drop elaboration.
719     FalseUnwind {
720         /// The target normal control flow will take.
721         real_target: BasicBlock,
722         /// The imaginary cleanup block link. This particular path will never be taken
723         /// in practice, but in order to avoid fragility we want to always
724         /// consider it in borrowck. We don't want to accept programs which
725         /// pass borrowck only when `panic=abort` or some assertions are disabled
726         /// due to release vs. debug mode builds. This needs to be an `Option` because
727         /// of the `remove_noop_landing_pads` and `abort_unwinding_calls` passes.
728         unwind: Option<BasicBlock>,
729     },
730
731     /// Block ends with an inline assembly block. This is a terminator since
732     /// inline assembly is allowed to diverge.
733     InlineAsm {
734         /// The template for the inline assembly, with placeholders.
735         template: &'tcx [InlineAsmTemplatePiece],
736
737         /// The operands for the inline assembly, as `Operand`s or `Place`s.
738         operands: Vec<InlineAsmOperand<'tcx>>,
739
740         /// Miscellaneous options for the inline assembly.
741         options: InlineAsmOptions,
742
743         /// Source spans for each line of the inline assembly code. These are
744         /// used to map assembler errors back to the line in the source code.
745         line_spans: &'tcx [Span],
746
747         /// Destination block after the inline assembly returns, unless it is
748         /// diverging (InlineAsmOptions::NORETURN).
749         destination: Option<BasicBlock>,
750
751         /// Cleanup to be done if the inline assembly unwinds. This is present
752         /// if and only if InlineAsmOptions::MAY_UNWIND is set.
753         cleanup: Option<BasicBlock>,
754     },
755 }
756
757 /// Information about an assertion failure.
758 #[derive(Clone, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable, PartialEq, TypeFoldable, TypeVisitable)]
759 pub enum AssertKind<O> {
760     BoundsCheck { len: O, index: O },
761     Overflow(BinOp, O, O),
762     OverflowNeg(O),
763     DivisionByZero(O),
764     RemainderByZero(O),
765     ResumedAfterReturn(GeneratorKind),
766     ResumedAfterPanic(GeneratorKind),
767 }
768
769 #[derive(Clone, Debug, PartialEq, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable)]
770 #[derive(TypeFoldable, TypeVisitable)]
771 pub enum InlineAsmOperand<'tcx> {
772     In {
773         reg: InlineAsmRegOrRegClass,
774         value: Operand<'tcx>,
775     },
776     Out {
777         reg: InlineAsmRegOrRegClass,
778         late: bool,
779         place: Option<Place<'tcx>>,
780     },
781     InOut {
782         reg: InlineAsmRegOrRegClass,
783         late: bool,
784         in_value: Operand<'tcx>,
785         out_place: Option<Place<'tcx>>,
786     },
787     Const {
788         value: Box<Constant<'tcx>>,
789     },
790     SymFn {
791         value: Box<Constant<'tcx>>,
792     },
793     SymStatic {
794         def_id: DefId,
795     },
796 }
797
798 /// Type for MIR `Assert` terminator error messages.
799 pub type AssertMessage<'tcx> = AssertKind<Operand<'tcx>>;
800
801 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
802 // Places
803
804 /// Places roughly correspond to a "location in memory." Places in MIR are the same mathematical
805 /// object as places in Rust. This of course means that what exactly they are is undecided and part
806 /// of the Rust memory model. However, they will likely contain at least the following pieces of
807 /// information in some form:
808 ///
809 ///  1. The address in memory that the place refers to.
810 ///  2. The provenance with which the place is being accessed.
811 ///  3. The type of the place and an optional variant index. See [`PlaceTy`][super::tcx::PlaceTy].
812 ///  4. Optionally, some metadata. This exists if and only if the type of the place is not `Sized`.
813 ///
814 /// We'll give a description below of how all pieces of the place except for the provenance are
815 /// calculated. We cannot give a description of the provenance, because that is part of the
816 /// undecided aliasing model - we only include it here at all to acknowledge its existence.
817 ///
818 /// Each local naturally corresponds to the place `Place { local, projection: [] }`. This place has
819 /// the address of the local's allocation and the type of the local.
820 ///
821 /// **Needs clarification:** Unsized locals seem to present a bit of an issue. Their allocation
822 /// can't actually be created on `StorageLive`, because it's unclear how big to make the allocation.
823 /// Furthermore, MIR produces assignments to unsized locals, although that is not permitted under
824 /// `#![feature(unsized_locals)]` in Rust. Besides just putting "unsized locals are special and
825 /// different" in a bunch of places, I (JakobDegen) don't know how to incorporate this behavior into
826 /// the current MIR semantics in a clean way - possibly this needs some design work first.
827 ///
828 /// For places that are not locals, ie they have a non-empty list of projections, we define the
829 /// values as a function of the parent place, that is the place with its last [`ProjectionElem`]
830 /// stripped. The way this is computed of course depends on the kind of that last projection
831 /// element:
832 ///
833 ///  - [`Downcast`](ProjectionElem::Downcast): This projection sets the place's variant index to the
834 ///    given one, and makes no other changes. A `Downcast` projection on a place with its variant
835 ///    index already set is not well-formed.
836 ///  - [`Field`](ProjectionElem::Field): `Field` projections take their parent place and create a
837 ///    place referring to one of the fields of the type. The resulting address is the parent
838 ///    address, plus the offset of the field. The type becomes the type of the field. If the parent
839 ///    was unsized and so had metadata associated with it, then the metadata is retained if the
840 ///    field is unsized and thrown out if it is sized.
841 ///
842 ///    These projections are only legal for tuples, ADTs, closures, and generators. If the ADT or
843 ///    generator has more than one variant, the parent place's variant index must be set, indicating
844 ///    which variant is being used. If it has just one variant, the variant index may or may not be
845 ///    included - the single possible variant is inferred if it is not included.
846 ///  - [`OpaqueCast`](ProjectionElem::OpaqueCast): This projection changes the place's type to the
847 ///    given one, and makes no other changes. A `OpaqueCast` projection on any type other than an
848 ///    opaque type from the current crate is not well-formed.
849 ///  - [`ConstantIndex`](ProjectionElem::ConstantIndex): Computes an offset in units of `T` into the
850 ///    place as described in the documentation for the `ProjectionElem`. The resulting address is
851 ///    the parent's address plus that offset, and the type is `T`. This is only legal if the parent
852 ///    place has type `[T;  N]` or `[T]` (*not* `&[T]`). Since such a `T` is always sized, any
853 ///    resulting metadata is thrown out.
854 ///  - [`Subslice`](ProjectionElem::Subslice): This projection calculates an offset and a new
855 ///    address in a similar manner as `ConstantIndex`. It is also only legal on `[T; N]` and `[T]`.
856 ///    However, this yields a `Place` of type `[T]`, and additionally sets the metadata to be the
857 ///    length of the subslice.
858 ///  - [`Index`](ProjectionElem::Index): Like `ConstantIndex`, only legal on `[T; N]` or `[T]`.
859 ///    However, `Index` additionally takes a local from which the value of the index is computed at
860 ///    runtime. Computing the value of the index involves interpreting the `Local` as a
861 ///    `Place { local, projection: [] }`, and then computing its value as if done via
862 ///    [`Operand::Copy`]. The array/slice is then indexed with the resulting value. The local must
863 ///    have type `usize`.
864 ///  - [`Deref`](ProjectionElem::Deref): Derefs are the last type of projection, and the most
865 ///    complicated. They are only legal on parent places that are references, pointers, or `Box`. A
866 ///    `Deref` projection begins by loading a value from the parent place, as if by
867 ///    [`Operand::Copy`]. It then dereferences the resulting pointer, creating a place of the
868 ///    pointee's type. The resulting address is the address that was stored in the pointer. If the
869 ///    pointee type is unsized, the pointer additionally stored the value of the metadata.
870 ///
871 /// Computing a place may cause UB. One possibility is that the pointer used for a `Deref` may not
872 /// be suitably aligned. Another possibility is that the place is not in bounds, meaning it does not
873 /// point to an actual allocation.
874 ///
875 /// However, if this is actually UB and when the UB kicks in is undecided. This is being discussed
876 /// in [UCG#319]. The options include that every place must obey those rules, that only some places
877 /// must obey them, or that places impose no rules of their own.
878 ///
879 /// [UCG#319]: https://github.com/rust-lang/unsafe-code-guidelines/issues/319
880 ///
881 /// Rust currently requires that every place obey those two rules. This is checked by MIRI and taken
882 /// advantage of by codegen (via `gep inbounds`). That is possibly subject to change.
883 #[derive(Copy, Clone, PartialEq, Eq, Hash, TyEncodable, HashStable, TypeFoldable, TypeVisitable)]
884 pub struct Place<'tcx> {
885     pub local: Local,
886
887     /// projection out of a place (access a field, deref a pointer, etc)
888     pub projection: &'tcx List<PlaceElem<'tcx>>,
889 }
890
891 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash)]
892 #[derive(TyEncodable, TyDecodable, HashStable, TypeFoldable, TypeVisitable)]
893 pub enum ProjectionElem<V, T> {
894     Deref,
895     Field(Field, T),
896     /// Index into a slice/array.
897     ///
898     /// Note that this does not also dereference, and so it does not exactly correspond to slice
899     /// indexing in Rust. In other words, in the below Rust code:
900     ///
901     /// ```rust
902     /// let x = &[1, 2, 3, 4];
903     /// let i = 2;
904     /// x[i];
905     /// ```
906     ///
907     /// The `x[i]` is turned into a `Deref` followed by an `Index`, not just an `Index`. The same
908     /// thing is true of the `ConstantIndex` and `Subslice` projections below.
909     Index(V),
910
911     /// These indices are generated by slice patterns. Easiest to explain
912     /// by example:
913     ///
914     /// ```ignore (illustrative)
915     /// [X, _, .._, _, _] => { offset: 0, min_length: 4, from_end: false },
916     /// [_, X, .._, _, _] => { offset: 1, min_length: 4, from_end: false },
917     /// [_, _, .._, X, _] => { offset: 2, min_length: 4, from_end: true },
918     /// [_, _, .._, _, X] => { offset: 1, min_length: 4, from_end: true },
919     /// ```
920     ConstantIndex {
921         /// index or -index (in Python terms), depending on from_end
922         offset: u64,
923         /// The thing being indexed must be at least this long. For arrays this
924         /// is always the exact length.
925         min_length: u64,
926         /// Counting backwards from end? This is always false when indexing an
927         /// array.
928         from_end: bool,
929     },
930
931     /// These indices are generated by slice patterns.
932     ///
933     /// If `from_end` is true `slice[from..slice.len() - to]`.
934     /// Otherwise `array[from..to]`.
935     Subslice {
936         from: u64,
937         to: u64,
938         /// Whether `to` counts from the start or end of the array/slice.
939         /// For `PlaceElem`s this is `true` if and only if the base is a slice.
940         /// For `ProjectionKind`, this can also be `true` for arrays.
941         from_end: bool,
942     },
943
944     /// "Downcast" to a variant of an enum or a generator.
945     ///
946     /// The included Symbol is the name of the variant, used for printing MIR.
947     Downcast(Option<Symbol>, VariantIdx),
948
949     /// Like an explicit cast from an opaque type to a concrete type, but without
950     /// requiring an intermediate variable.
951     OpaqueCast(T),
952 }
953
954 /// Alias for projections as they appear in places, where the base is a place
955 /// and the index is a local.
956 pub type PlaceElem<'tcx> = ProjectionElem<Local, Ty<'tcx>>;
957
958 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
959 // Operands
960
961 /// An operand in MIR represents a "value" in Rust, the definition of which is undecided and part of
962 /// the memory model. One proposal for a definition of values can be found [on UCG][value-def].
963 ///
964 /// [value-def]: https://github.com/rust-lang/unsafe-code-guidelines/blob/master/wip/value-domain.md
965 ///
966 /// The most common way to create values is via loading a place. Loading a place is an operation
967 /// which reads the memory of the place and converts it to a value. This is a fundamentally *typed*
968 /// operation. The nature of the value produced depends on the type of the conversion. Furthermore,
969 /// there may be other effects: if the type has a validity constraint loading the place might be UB
970 /// if the validity constraint is not met.
971 ///
972 /// **Needs clarification:** Ralf proposes that loading a place not have side-effects.
973 /// This is what is implemented in miri today. Are these the semantics we want for MIR? Is this
974 /// something we can even decide without knowing more about Rust's memory model?
975 ///
976 /// **Needs clarifiation:** Is loading a place that has its variant index set well-formed? Miri
977 /// currently implements it, but it seems like this may be something to check against in the
978 /// validator.
979 #[derive(Clone, PartialEq, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable, TypeFoldable, TypeVisitable)]
980 pub enum Operand<'tcx> {
981     /// Creates a value by loading the given place.
982     ///
983     /// Before drop elaboration, the type of the place must be `Copy`. After drop elaboration there
984     /// is no such requirement.
985     Copy(Place<'tcx>),
986
987     /// Creates a value by performing loading the place, just like the `Copy` operand.
988     ///
989     /// This *may* additionally overwrite the place with `uninit` bytes, depending on how we decide
990     /// in [UCG#188]. You should not emit MIR that may attempt a subsequent second load of this
991     /// place without first re-initializing it.
992     ///
993     /// [UCG#188]: https://github.com/rust-lang/unsafe-code-guidelines/issues/188
994     Move(Place<'tcx>),
995
996     /// Constants are already semantically values, and remain unchanged.
997     Constant(Box<Constant<'tcx>>),
998 }
999
1000 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1001 // Rvalues
1002
1003 /// The various kinds of rvalues that can appear in MIR.
1004 ///
1005 /// Not all of these are allowed at every [`MirPhase`] - when this is the case, it's stated below.
1006 ///
1007 /// Computing any rvalue begins by evaluating the places and operands in some order (**Needs
1008 /// clarification**: Which order?). These are then used to produce a "value" - the same kind of
1009 /// value that an [`Operand`] produces.
1010 #[derive(Clone, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable, PartialEq, TypeFoldable, TypeVisitable)]
1011 pub enum Rvalue<'tcx> {
1012     /// Yields the operand unchanged
1013     Use(Operand<'tcx>),
1014
1015     /// Creates an array where each element is the value of the operand.
1016     ///
1017     /// This is the cause of a bug in the case where the repetition count is zero because the value
1018     /// is not dropped, see [#74836].
1019     ///
1020     /// Corresponds to source code like `[x; 32]`.
1021     ///
1022     /// [#74836]: https://github.com/rust-lang/rust/issues/74836
1023     Repeat(Operand<'tcx>, ty::Const<'tcx>),
1024
1025     /// Creates a reference of the indicated kind to the place.
1026     ///
1027     /// There is not much to document here, because besides the obvious parts the semantics of this
1028     /// are essentially entirely a part of the aliasing model. There are many UCG issues discussing
1029     /// exactly what the behavior of this operation should be.
1030     ///
1031     /// `Shallow` borrows are disallowed after drop lowering.
1032     Ref(Region<'tcx>, BorrowKind, Place<'tcx>),
1033
1034     /// Creates a pointer/reference to the given thread local.
1035     ///
1036     /// The yielded type is a `*mut T` if the static is mutable, otherwise if the static is extern a
1037     /// `*const T`, and if neither of those apply a `&T`.
1038     ///
1039     /// **Note:** This is a runtime operation that actually executes code and is in this sense more
1040     /// like a function call. Also, eliminating dead stores of this rvalue causes `fn main() {}` to
1041     /// SIGILL for some reason that I (JakobDegen) never got a chance to look into.
1042     ///
1043     /// **Needs clarification**: Are there weird additional semantics here related to the runtime
1044     /// nature of this operation?
1045     ThreadLocalRef(DefId),
1046
1047     /// Creates a pointer with the indicated mutability to the place.
1048     ///
1049     /// This is generated by pointer casts like `&v as *const _` or raw address of expressions like
1050     /// `&raw v` or `addr_of!(v)`.
1051     ///
1052     /// Like with references, the semantics of this operation are heavily dependent on the aliasing
1053     /// model.
1054     AddressOf(Mutability, Place<'tcx>),
1055
1056     /// Yields the length of the place, as a `usize`.
1057     ///
1058     /// If the type of the place is an array, this is the array length. For slices (`[T]`, not
1059     /// `&[T]`) this accesses the place's metadata to determine the length. This rvalue is
1060     /// ill-formed for places of other types.
1061     Len(Place<'tcx>),
1062
1063     /// Performs essentially all of the casts that can be performed via `as`.
1064     ///
1065     /// This allows for casts from/to a variety of types.
1066     ///
1067     /// **FIXME**: Document exactly which `CastKind`s allow which types of casts. Figure out why
1068     /// `ArrayToPointer` and `MutToConstPointer` are special.
1069     Cast(CastKind, Operand<'tcx>, Ty<'tcx>),
1070
1071     /// * `Offset` has the same semantics as [`offset`](pointer::offset), except that the second
1072     ///   parameter may be a `usize` as well.
1073     /// * The comparison operations accept `bool`s, `char`s, signed or unsigned integers, floats,
1074     ///   raw pointers, or function pointers and return a `bool`. The types of the operands must be
1075     ///   matching, up to the usual caveat of the lifetimes in function pointers.
1076     /// * Left and right shift operations accept signed or unsigned integers not necessarily of the
1077     ///   same type and return a value of the same type as their LHS. Like in Rust, the RHS is
1078     ///   truncated as needed.
1079     /// * The `Bit*` operations accept signed integers, unsigned integers, or bools with matching
1080     ///   types and return a value of that type.
1081     /// * The remaining operations accept signed integers, unsigned integers, or floats with
1082     ///   matching types and return a value of that type.
1083     BinaryOp(BinOp, Box<(Operand<'tcx>, Operand<'tcx>)>),
1084
1085     /// Same as `BinaryOp`, but yields `(T, bool)` with a `bool` indicating an error condition.
1086     ///
1087     /// When overflow checking is disabled and we are generating run-time code, the error condition
1088     /// is false. Otherwise, and always during CTFE, the error condition is determined as described
1089     /// below.
1090     ///
1091     /// For addition, subtraction, and multiplication on integers the error condition is set when
1092     /// the infinite precision result would be unequal to the actual result.
1093     ///
1094     /// For shift operations on integers the error condition is set when the value of right-hand
1095     /// side is greater than or equal to the number of bits in the type of the left-hand side, or
1096     /// when the value of right-hand side is negative.
1097     ///
1098     /// Other combinations of types and operators are unsupported.
1099     CheckedBinaryOp(BinOp, Box<(Operand<'tcx>, Operand<'tcx>)>),
1100
1101     /// Computes a value as described by the operation.
1102     NullaryOp(NullOp, Ty<'tcx>),
1103
1104     /// Exactly like `BinaryOp`, but less operands.
1105     ///
1106     /// Also does two's-complement arithmetic. Negation requires a signed integer or a float;
1107     /// bitwise not requires a signed integer, unsigned integer, or bool. Both operation kinds
1108     /// return a value with the same type as their operand.
1109     UnaryOp(UnOp, Operand<'tcx>),
1110
1111     /// Computes the discriminant of the place, returning it as an integer of type
1112     /// [`discriminant_ty`]. Returns zero for types without discriminant.
1113     ///
1114     /// The validity requirements for the underlying value are undecided for this rvalue, see
1115     /// [#91095]. Note too that the value of the discriminant is not the same thing as the
1116     /// variant index; use [`discriminant_for_variant`] to convert.
1117     ///
1118     /// [`discriminant_ty`]: crate::ty::Ty::discriminant_ty
1119     /// [#91095]: https://github.com/rust-lang/rust/issues/91095
1120     /// [`discriminant_for_variant`]: crate::ty::Ty::discriminant_for_variant
1121     Discriminant(Place<'tcx>),
1122
1123     /// Creates an aggregate value, like a tuple or struct.
1124     ///
1125     /// This is needed because dataflow analysis needs to distinguish
1126     /// `dest = Foo { x: ..., y: ... }` from `dest.x = ...; dest.y = ...;` in the case that `Foo`
1127     /// has a destructor.
1128     ///
1129     /// Disallowed after deaggregation for all aggregate kinds except `Array` and `Generator`. After
1130     /// generator lowering, `Generator` aggregate kinds are disallowed too.
1131     Aggregate(Box<AggregateKind<'tcx>>, Vec<Operand<'tcx>>),
1132
1133     /// Transmutes a `*mut u8` into shallow-initialized `Box<T>`.
1134     ///
1135     /// This is different from a normal transmute because dataflow analysis will treat the box as
1136     /// initialized but its content as uninitialized. Like other pointer casts, this in general
1137     /// affects alias analysis.
1138     ShallowInitBox(Operand<'tcx>, Ty<'tcx>),
1139
1140     /// A CopyForDeref is equivalent to a read from a place at the
1141     /// codegen level, but is treated specially by drop elaboration. When such a read happens, it
1142     /// is guaranteed (via nature of the mir_opt `Derefer` in rustc_mir_transform/src/deref_separator)
1143     /// that the only use of the returned value is a deref operation, immediately
1144     /// followed by one or more projections. Drop elaboration treats this rvalue as if the
1145     /// read never happened and just projects further. This allows simplifying various MIR
1146     /// optimizations and codegen backends that previously had to handle deref operations anywhere
1147     /// in a place.
1148     CopyForDeref(Place<'tcx>),
1149 }
1150
1151 #[derive(Clone, Copy, Debug, PartialEq, Eq, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable)]
1152 pub enum CastKind {
1153     /// An exposing pointer to address cast. A cast between a pointer and an integer type, or
1154     /// between a function pointer and an integer type.
1155     /// See the docs on `expose_addr` for more details.
1156     PointerExposeAddress,
1157     /// An address-to-pointer cast that picks up an exposed provenance.
1158     /// See the docs on `from_exposed_addr` for more details.
1159     PointerFromExposedAddress,
1160     /// All sorts of pointer-to-pointer casts. Note that reference-to-raw-ptr casts are
1161     /// translated into `&raw mut/const *r`, i.e., they are not actually casts.
1162     Pointer(PointerCast),
1163     /// Cast into a dyn* object.
1164     DynStar,
1165     IntToInt,
1166     FloatToInt,
1167     FloatToFloat,
1168     IntToFloat,
1169     PtrToPtr,
1170     FnPtrToPtr,
1171 }
1172
1173 #[derive(Clone, Debug, PartialEq, Eq, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable)]
1174 #[derive(TypeFoldable, TypeVisitable)]
1175 pub enum AggregateKind<'tcx> {
1176     /// The type is of the element
1177     Array(Ty<'tcx>),
1178     Tuple,
1179
1180     /// The second field is the variant index. It's equal to 0 for struct
1181     /// and union expressions. The fourth field is
1182     /// active field number and is present only for union expressions
1183     /// -- e.g., for a union expression `SomeUnion { c: .. }`, the
1184     /// active field index would identity the field `c`
1185     Adt(DefId, VariantIdx, SubstsRef<'tcx>, Option<UserTypeAnnotationIndex>, Option<usize>),
1186
1187     // Note: We can use LocalDefId since closures and generators a deaggregated
1188     // before codegen.
1189     Closure(LocalDefId, SubstsRef<'tcx>),
1190     Generator(LocalDefId, SubstsRef<'tcx>, hir::Movability),
1191 }
1192
1193 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable)]
1194 pub enum NullOp {
1195     /// Returns the size of a value of that type
1196     SizeOf,
1197     /// Returns the minimum alignment of a type
1198     AlignOf,
1199 }
1200
1201 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash)]
1202 #[derive(HashStable, TyEncodable, TyDecodable, TypeFoldable, TypeVisitable)]
1203 pub enum UnOp {
1204     /// The `!` operator for logical inversion
1205     Not,
1206     /// The `-` operator for negation
1207     Neg,
1208 }
1209
1210 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, PartialOrd, Ord, Eq, Hash)]
1211 #[derive(TyEncodable, TyDecodable, HashStable, TypeFoldable, TypeVisitable)]
1212 pub enum BinOp {
1213     /// The `+` operator (addition)
1214     Add,
1215     /// The `-` operator (subtraction)
1216     Sub,
1217     /// The `*` operator (multiplication)
1218     Mul,
1219     /// The `/` operator (division)
1220     ///
1221     /// Division by zero is UB, because the compiler should have inserted checks
1222     /// prior to this.
1223     Div,
1224     /// The `%` operator (modulus)
1225     ///
1226     /// Using zero as the modulus (second operand) is UB, because the compiler
1227     /// should have inserted checks prior to this.
1228     Rem,
1229     /// The `^` operator (bitwise xor)
1230     BitXor,
1231     /// The `&` operator (bitwise and)
1232     BitAnd,
1233     /// The `|` operator (bitwise or)
1234     BitOr,
1235     /// The `<<` operator (shift left)
1236     ///
1237     /// The offset is truncated to the size of the first operand before shifting.
1238     Shl,
1239     /// The `>>` operator (shift right)
1240     ///
1241     /// The offset is truncated to the size of the first operand before shifting.
1242     Shr,
1243     /// The `==` operator (equality)
1244     Eq,
1245     /// The `<` operator (less than)
1246     Lt,
1247     /// The `<=` operator (less than or equal to)
1248     Le,
1249     /// The `!=` operator (not equal to)
1250     Ne,
1251     /// The `>=` operator (greater than or equal to)
1252     Ge,
1253     /// The `>` operator (greater than)
1254     Gt,
1255     /// The `ptr.offset` operator
1256     Offset,
1257 }
1258
1259 // Some nodes are used a lot. Make sure they don't unintentionally get bigger.
1260 #[cfg(all(target_arch = "x86_64", target_pointer_width = "64"))]
1261 mod size_asserts {
1262     use super::*;
1263     // tidy-alphabetical-start
1264     static_assert_size!(AggregateKind<'_>, 40);
1265     static_assert_size!(Operand<'_>, 24);
1266     static_assert_size!(Place<'_>, 16);
1267     static_assert_size!(PlaceElem<'_>, 24);
1268     static_assert_size!(Rvalue<'_>, 40);
1269     // tidy-alphabetical-end
1270 }