]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - compiler/rustc_middle/src/mir/syntax.rs
Rollup merge of #105567 - TimNN:kcfi16, r=nikic
[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::traits::Reveal;
10 use crate::ty::adjustment::PointerCast;
11 use crate::ty::subst::SubstsRef;
12 use crate::ty::{self, List, Ty};
13 use crate::ty::{Region, UserTypeAnnotationIndex};
14
15 use rustc_ast::{InlineAsmOptions, InlineAsmTemplatePiece};
16 use rustc_hir::def_id::DefId;
17 use rustc_hir::{self as hir};
18 use rustc_hir::{self, GeneratorKind};
19 use rustc_target::abi::VariantIdx;
20
21 use rustc_ast::Mutability;
22 use rustc_span::def_id::LocalDefId;
23 use rustc_span::symbol::Symbol;
24 use rustc_span::Span;
25 use rustc_target::asm::InlineAsmRegOrRegClass;
26
27 /// Represents the "flavors" of MIR.
28 ///
29 /// All flavors of MIR use the same data structure, but there are some important differences. These
30 /// differences come in two forms: Dialects and phases.
31 ///
32 /// Dialects represent a stronger distinction than phases. This is because the transitions between
33 /// dialects are semantic changes, and therefore technically *lowerings* between distinct IRs. In
34 /// other words, the same [`Body`](crate::mir::Body) might be well-formed for multiple dialects, but
35 /// have different semantic meaning and different behavior at runtime.
36 ///
37 /// Each dialect additionally has a number of phases. However, phase changes never involve semantic
38 /// changes. If some MIR is well-formed both before and after a phase change, it is also guaranteed
39 /// that it has the same semantic meaning. In this sense, phase changes can only add additional
40 /// restrictions on what MIR is well-formed.
41 ///
42 /// When adding phases, remember to update [`MirPhase::phase_index`].
43 #[derive(Copy, Clone, TyEncodable, TyDecodable, Debug, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord)]
44 #[derive(HashStable)]
45 pub enum MirPhase {
46     /// The MIR that is generated by MIR building.
47     ///
48     /// The only things that operate on this dialect are unsafeck, the various MIR lints, and const
49     /// qualifs.
50     ///
51     /// This has no distinct phases.
52     Built,
53     /// The MIR used for most analysis.
54     ///
55     /// The only semantic change between analysis and built MIR is constant promotion. In built MIR,
56     /// sequences of statements that would generally be subject to constant promotion are
57     /// semantically constants, while in analysis MIR all constants are explicit.
58     ///
59     /// The result of const promotion is available from the `mir_promoted` and `promoted_mir` queries.
60     ///
61     /// This is the version of MIR used by borrowck and friends.
62     Analysis(AnalysisPhase),
63     /// The MIR used for CTFE, optimizations, and codegen.
64     ///
65     /// The semantic changes that occur in the lowering from analysis to runtime MIR are as follows:
66     ///
67     ///  - Drops: In analysis MIR, `Drop` terminators represent *conditional* drops; roughly speaking,
68     ///    if dataflow analysis determines that the place being dropped is uninitialized, the drop will
69     ///    not be executed. The exact semantics of this aren't written down anywhere, which means they
70     ///    are essentially "what drop elaboration does." In runtime MIR, the drops are unconditional;
71     ///    when a `Drop` terminator is reached, if the type has drop glue that drop glue is always
72     ///    executed. This may be UB if the underlying place is not initialized.
73     ///  - Packed drops: Places might in general be misaligned - in most cases this is UB, the exception
74     ///    is fields of packed structs. In analysis MIR, `Drop(P)` for a `P` that might be misaligned
75     ///    for this reason implicitly moves `P` to a temporary before dropping. Runtime MIR has no such
76     ///    rules, and dropping a misaligned place is simply UB.
77     ///  - Unwinding: in analysis MIR, unwinding from a function which may not unwind aborts. In runtime
78     ///    MIR, this is UB.
79     ///  - Retags: If `-Zmir-emit-retag` is enabled, analysis MIR has "implicit" retags in the same way
80     ///    that Rust itself has them. Where exactly these are is generally subject to change, and so we
81     ///    don't document this here. Runtime MIR has all retags explicit.
82     ///  - Generator bodies: In analysis MIR, locals may actually be behind a pointer that user code has
83     ///    access to. This occurs in generator bodies. Such locals do not behave like other locals,
84     ///    because they eg may be aliased in surprising ways. Runtime MIR has no such special locals -
85     ///    all generator bodies are lowered and so all places that look like locals really are locals.
86     ///
87     /// Also note that the lint pass which reports eg `200_u8 + 200_u8` as an error is run as a part
88     /// of analysis to runtime MIR lowering. To ensure lints are reported reliably, this means that
89     /// transformations which may suppress such errors should not run on analysis MIR.
90     Runtime(RuntimePhase),
91 }
92
93 impl MirPhase {
94     pub fn name(&self) -> &'static str {
95         match *self {
96             MirPhase::Built => "built",
97             MirPhase::Analysis(AnalysisPhase::Initial) => "analysis",
98             MirPhase::Analysis(AnalysisPhase::PostCleanup) => "analysis-post-cleanup",
99             MirPhase::Runtime(RuntimePhase::Initial) => "runtime",
100             MirPhase::Runtime(RuntimePhase::PostCleanup) => "runtime-post-cleanup",
101             MirPhase::Runtime(RuntimePhase::Optimized) => "runtime-optimized",
102         }
103     }
104
105     pub fn reveal(&self) -> Reveal {
106         match *self {
107             MirPhase::Built | MirPhase::Analysis(_) => Reveal::UserFacing,
108             MirPhase::Runtime(_) => Reveal::All,
109         }
110     }
111 }
112
113 /// See [`MirPhase::Analysis`].
114 #[derive(Copy, Clone, TyEncodable, TyDecodable, Debug, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord)]
115 #[derive(HashStable)]
116 pub enum AnalysisPhase {
117     Initial = 0,
118     /// Beginning in this phase, the following variants are disallowed:
119     /// * [`TerminatorKind::FalseUnwind`]
120     /// * [`TerminatorKind::FalseEdge`]
121     /// * [`StatementKind::FakeRead`]
122     /// * [`StatementKind::AscribeUserType`]
123     /// * [`Rvalue::Ref`] with `BorrowKind::Shallow`
124     ///
125     /// Furthermore, `Deref` projections must be the first projection within any place (if they
126     /// appear at all)
127     PostCleanup = 1,
128 }
129
130 /// See [`MirPhase::Runtime`].
131 #[derive(Copy, Clone, TyEncodable, TyDecodable, Debug, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord)]
132 #[derive(HashStable)]
133 pub enum RuntimePhase {
134     /// In addition to the semantic changes, beginning with this phase, the following variants are
135     /// disallowed:
136     /// * [`TerminatorKind::DropAndReplace`]
137     /// * [`TerminatorKind::Yield`]
138     /// * [`TerminatorKind::GeneratorDrop`]
139     /// * [`Rvalue::Aggregate`] for any `AggregateKind` except `Array`
140     ///
141     /// And the following variants are allowed:
142     /// * [`StatementKind::Retag`]
143     /// * [`StatementKind::SetDiscriminant`]
144     /// * [`StatementKind::Deinit`]
145     ///
146     /// Furthermore, `Copy` operands are allowed for non-`Copy` types.
147     Initial = 0,
148     /// Beginning with this phase, the following variant is disallowed:
149     /// * [`ProjectionElem::Deref`] of `Box`
150     PostCleanup = 1,
151     Optimized = 2,
152 }
153
154 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
155 // Borrow kinds
156
157 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, TyEncodable, TyDecodable)]
158 #[derive(Hash, HashStable)]
159 pub enum BorrowKind {
160     /// Data must be immutable and is aliasable.
161     Shared,
162
163     /// The immediately borrowed place must be immutable, but projections from
164     /// it don't need to be. For example, a shallow borrow of `a.b` doesn't
165     /// conflict with a mutable borrow of `a.b.c`.
166     ///
167     /// This is used when lowering matches: when matching on a place we want to
168     /// ensure that place have the same value from the start of the match until
169     /// an arm is selected. This prevents this code from compiling:
170     /// ```compile_fail,E0510
171     /// let mut x = &Some(0);
172     /// match *x {
173     ///     None => (),
174     ///     Some(_) if { x = &None; false } => (),
175     ///     Some(_) => (),
176     /// }
177     /// ```
178     /// This can't be a shared borrow because mutably borrowing (*x as Some).0
179     /// should not prevent `if let None = x { ... }`, for example, because the
180     /// mutating `(*x as Some).0` can't affect the discriminant of `x`.
181     /// We can also report errors with this kind of borrow differently.
182     Shallow,
183
184     /// Data must be immutable but not aliasable. This kind of borrow
185     /// cannot currently be expressed by the user and is used only in
186     /// implicit closure bindings. It is needed when the closure is
187     /// borrowing or mutating a mutable referent, e.g.:
188     /// ```
189     /// let mut z = 3;
190     /// let x: &mut isize = &mut z;
191     /// let y = || *x += 5;
192     /// ```
193     /// If we were to try to translate this closure into a more explicit
194     /// form, we'd encounter an error with the code as written:
195     /// ```compile_fail,E0594
196     /// struct Env<'a> { x: &'a &'a mut isize }
197     /// let mut z = 3;
198     /// let x: &mut isize = &mut z;
199     /// let y = (&mut Env { x: &x }, fn_ptr);  // Closure is pair of env and fn
200     /// fn fn_ptr(env: &mut Env) { **env.x += 5; }
201     /// ```
202     /// This is then illegal because you cannot mutate an `&mut` found
203     /// in an aliasable location. To solve, you'd have to translate with
204     /// an `&mut` borrow:
205     /// ```compile_fail,E0596
206     /// struct Env<'a> { x: &'a mut &'a mut isize }
207     /// let mut z = 3;
208     /// let x: &mut isize = &mut z;
209     /// let y = (&mut Env { x: &mut x }, fn_ptr); // changed from &x to &mut x
210     /// fn fn_ptr(env: &mut Env) { **env.x += 5; }
211     /// ```
212     /// Now the assignment to `**env.x` is legal, but creating a
213     /// mutable pointer to `x` is not because `x` is not mutable. We
214     /// could fix this by declaring `x` as `let mut x`. This is ok in
215     /// user code, if awkward, but extra weird for closures, since the
216     /// borrow is hidden.
217     ///
218     /// So we introduce a "unique imm" borrow -- the referent is
219     /// immutable, but not aliasable. This solves the problem. For
220     /// simplicity, we don't give users the way to express this
221     /// borrow, it's just used when translating closures.
222     Unique,
223
224     /// Data is mutable and not aliasable.
225     Mut {
226         /// `true` if this borrow arose from method-call auto-ref
227         /// (i.e., `adjustment::Adjust::Borrow`).
228         allow_two_phase_borrow: bool,
229     },
230 }
231
232 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
233 // Statements
234
235 /// The various kinds of statements that can appear in MIR.
236 ///
237 /// Not all of these are allowed at every [`MirPhase`]. Check the documentation there to see which
238 /// ones you do not have to worry about. The MIR validator will generally enforce such restrictions,
239 /// causing an ICE if they are violated.
240 #[derive(Clone, Debug, PartialEq, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable)]
241 #[derive(TypeFoldable, TypeVisitable)]
242 pub enum StatementKind<'tcx> {
243     /// Assign statements roughly correspond to an assignment in Rust proper (`x = ...`) except
244     /// without the possibility of dropping the previous value (that must be done separately, if at
245     /// all). The *exact* way this works is undecided. It probably does something like evaluating
246     /// the LHS to a place and the RHS to a value, and then storing the value to the place. Various
247     /// parts of this may do type specific things that are more complicated than simply copying
248     /// bytes.
249     ///
250     /// **Needs clarification**: The implication of the above idea would be that assignment implies
251     /// that the resulting value is initialized. I believe we could commit to this separately from
252     /// committing to whatever part of the memory model we would need to decide on to make the above
253     /// paragragh precise. Do we want to?
254     ///
255     /// Assignments in which the types of the place and rvalue differ are not well-formed.
256     ///
257     /// **Needs clarification**: Do we ever want to worry about non-free (in the body) lifetimes for
258     /// the typing requirement in post drop-elaboration MIR? I think probably not - I'm not sure we
259     /// could meaningfully require this anyway. How about free lifetimes? Is ignoring this
260     /// interesting for optimizations? Do we want to allow such optimizations?
261     ///
262     /// **Needs clarification**: We currently require that the LHS place not overlap with any place
263     /// read as part of computation of the RHS for some rvalues (generally those not producing
264     /// primitives). This requirement is under discussion in [#68364]. As a part of this discussion,
265     /// it is also unclear in what order the components are evaluated.
266     ///
267     /// [#68364]: https://github.com/rust-lang/rust/issues/68364
268     ///
269     /// See [`Rvalue`] documentation for details on each of those.
270     Assign(Box<(Place<'tcx>, Rvalue<'tcx>)>),
271
272     /// This represents all the reading that a pattern match may do (e.g., inspecting constants and
273     /// discriminant values), and the kind of pattern it comes from. This is in order to adapt
274     /// potential error messages to these specific patterns.
275     ///
276     /// Note that this also is emitted for regular `let` bindings to ensure that locals that are
277     /// never accessed still get some sanity checks for, e.g., `let x: ! = ..;`
278     ///
279     /// When executed at runtime this is a nop.
280     ///
281     /// Disallowed after drop elaboration.
282     FakeRead(Box<(FakeReadCause, Place<'tcx>)>),
283
284     /// Write the discriminant for a variant to the enum Place.
285     ///
286     /// This is permitted for both generators and ADTs. This does not necessarily write to the
287     /// entire place; instead, it writes to the minimum set of bytes as required by the layout for
288     /// the type.
289     SetDiscriminant { place: Box<Place<'tcx>>, variant_index: VariantIdx },
290
291     /// Deinitializes the place.
292     ///
293     /// This writes `uninit` bytes to the entire place.
294     Deinit(Box<Place<'tcx>>),
295
296     /// `StorageLive` and `StorageDead` statements mark the live range of a local.
297     ///
298     /// At any point during the execution of a function, each local is either allocated or
299     /// unallocated. Except as noted below, all locals except function parameters are initially
300     /// unallocated. `StorageLive` statements cause memory to be allocated for the local while
301     /// `StorageDead` statements cause the memory to be freed. Using a local in any way (not only
302     /// reading/writing from it) while it is unallocated is UB.
303     ///
304     /// Some locals have no `StorageLive` or `StorageDead` statements within the entire MIR body.
305     /// These locals are implicitly allocated for the full duration of the function. There is a
306     /// convenience method at `rustc_mir_dataflow::storage::always_storage_live_locals` for
307     /// computing these locals.
308     ///
309     /// If the local is already allocated, calling `StorageLive` again is UB. However, for an
310     /// unallocated local an additional `StorageDead` all is simply a nop.
311     StorageLive(Local),
312
313     /// See `StorageLive` above.
314     StorageDead(Local),
315
316     /// Retag references in the given place, ensuring they got fresh tags.
317     ///
318     /// This is part of the Stacked Borrows model. These statements are currently only interpreted
319     /// by miri and only generated when `-Z mir-emit-retag` is passed. See
320     /// <https://internals.rust-lang.org/t/stacked-borrows-an-aliasing-model-for-rust/8153/> for
321     /// more details.
322     ///
323     /// For code that is not specific to stacked borrows, you should consider retags to read and
324     /// modify the place in an opaque way.
325     ///
326     /// Only `RetagKind::Default` and `RetagKind::FnEntry` are permitted.
327     Retag(RetagKind, Box<Place<'tcx>>),
328
329     /// Encodes a user's type ascription. These need to be preserved
330     /// intact so that NLL can respect them. For example:
331     /// ```ignore (illustrative)
332     /// let a: T = y;
333     /// ```
334     /// The effect of this annotation is to relate the type `T_y` of the place `y`
335     /// to the user-given type `T`. The effect depends on the specified variance:
336     ///
337     /// - `Covariant` -- requires that `T_y <: T`
338     /// - `Contravariant` -- requires that `T_y :> T`
339     /// - `Invariant` -- requires that `T_y == T`
340     /// - `Bivariant` -- no effect
341     ///
342     /// When executed at runtime this is a nop.
343     ///
344     /// Disallowed after drop elaboration.
345     AscribeUserType(Box<(Place<'tcx>, UserTypeProjection)>, ty::Variance),
346
347     /// Marks the start of a "coverage region", injected with '-Cinstrument-coverage'. A
348     /// `Coverage` statement carries metadata about the coverage region, used to inject a coverage
349     /// map into the binary. If `Coverage::kind` is a `Counter`, the statement also generates
350     /// executable code, to increment a counter variable at runtime, each time the code region is
351     /// executed.
352     Coverage(Box<Coverage>),
353
354     /// Denotes a call to an intrinsic that does not require an unwind path and always returns.
355     /// This avoids adding a new block and a terminator for simple intrinsics.
356     Intrinsic(Box<NonDivergingIntrinsic<'tcx>>),
357
358     /// No-op. Useful for deleting instructions without affecting statement indices.
359     Nop,
360 }
361
362 #[derive(
363     Clone,
364     TyEncodable,
365     TyDecodable,
366     Debug,
367     PartialEq,
368     Hash,
369     HashStable,
370     TypeFoldable,
371     TypeVisitable
372 )]
373 pub enum NonDivergingIntrinsic<'tcx> {
374     /// Denotes a call to the intrinsic function `assume`.
375     ///
376     /// The operand must be a boolean. Optimizers may use the value of the boolean to backtrack its
377     /// computation to infer information about other variables. So if the boolean came from a
378     /// `x < y` operation, subsequent operations on `x` and `y` could elide various bound checks.
379     /// If the argument is `false`, this operation is equivalent to `TerminatorKind::Unreachable`.
380     Assume(Operand<'tcx>),
381
382     /// Denotes a call to the intrinsic function `copy_nonoverlapping`.
383     ///
384     /// First, all three operands are evaluated. `src` and `dest` must each be a reference, pointer,
385     /// or `Box` pointing to the same type `T`. `count` must evaluate to a `usize`. Then, `src` and
386     /// `dest` are dereferenced, and `count * size_of::<T>()` bytes beginning with the first byte of
387     /// the `src` place are copied to the contiguous range of bytes beginning with the first byte
388     /// of `dest`.
389     ///
390     /// **Needs clarification**: In what order are operands computed and dereferenced? It should
391     /// probably match the order for assignment, but that is also undecided.
392     ///
393     /// **Needs clarification**: Is this typed or not, ie is there a typed load and store involved?
394     /// I vaguely remember Ralf saying somewhere that he thought it should not be.
395     CopyNonOverlapping(CopyNonOverlapping<'tcx>),
396 }
397
398 impl std::fmt::Display for NonDivergingIntrinsic<'_> {
399     fn fmt(&self, f: &mut std::fmt::Formatter<'_>) -> std::fmt::Result {
400         match self {
401             Self::Assume(op) => write!(f, "assume({op:?})"),
402             Self::CopyNonOverlapping(CopyNonOverlapping { src, dst, count }) => {
403                 write!(f, "copy_nonoverlapping(dst = {dst:?}, src = {src:?}, count = {count:?})")
404             }
405         }
406     }
407 }
408
409 /// Describes what kind of retag is to be performed.
410 #[derive(Copy, Clone, TyEncodable, TyDecodable, Debug, PartialEq, Eq, Hash, HashStable)]
411 #[rustc_pass_by_value]
412 pub enum RetagKind {
413     /// The initial retag of arguments when entering a function.
414     FnEntry,
415     /// Retag preparing for a two-phase borrow.
416     TwoPhase,
417     /// Retagging raw pointers.
418     Raw,
419     /// A "normal" retag.
420     Default,
421 }
422
423 /// The `FakeReadCause` describes the type of pattern why a FakeRead statement exists.
424 #[derive(Copy, Clone, TyEncodable, TyDecodable, Debug, Hash, HashStable, PartialEq)]
425 pub enum FakeReadCause {
426     /// Inject a fake read of the borrowed input at the end of each guards
427     /// code.
428     ///
429     /// This should ensure that you cannot change the variant for an enum while
430     /// you are in the midst of matching on it.
431     ForMatchGuard,
432
433     /// `let x: !; match x {}` doesn't generate any read of x so we need to
434     /// generate a read of x to check that it is initialized and safe.
435     ///
436     /// If a closure pattern matches a Place starting with an Upvar, then we introduce a
437     /// FakeRead for that Place outside the closure, in such a case this option would be
438     /// Some(closure_def_id).
439     /// Otherwise, the value of the optional LocalDefId will be None.
440     //
441     // We can use LocalDefId here since fake read statements are removed
442     // before codegen in the `CleanupNonCodegenStatements` pass.
443     ForMatchedPlace(Option<LocalDefId>),
444
445     /// A fake read of the RefWithinGuard version of a bind-by-value variable
446     /// in a match guard to ensure that its value hasn't change by the time
447     /// we create the OutsideGuard version.
448     ForGuardBinding,
449
450     /// Officially, the semantics of
451     ///
452     /// `let pattern = <expr>;`
453     ///
454     /// is that `<expr>` is evaluated into a temporary and then this temporary is
455     /// into the pattern.
456     ///
457     /// However, if we see the simple pattern `let var = <expr>`, we optimize this to
458     /// evaluate `<expr>` directly into the variable `var`. This is mostly unobservable,
459     /// but in some cases it can affect the borrow checker, as in #53695.
460     /// Therefore, we insert a "fake read" here to ensure that we get
461     /// appropriate errors.
462     ///
463     /// If a closure pattern matches a Place starting with an Upvar, then we introduce a
464     /// FakeRead for that Place outside the closure, in such a case this option would be
465     /// Some(closure_def_id).
466     /// Otherwise, the value of the optional DefId will be None.
467     ForLet(Option<LocalDefId>),
468
469     /// If we have an index expression like
470     ///
471     /// (*x)[1][{ x = y; 4}]
472     ///
473     /// then the first bounds check is invalidated when we evaluate the second
474     /// index expression. Thus we create a fake borrow of `x` across the second
475     /// indexer, which will cause a borrow check error.
476     ForIndex,
477 }
478
479 #[derive(Clone, Debug, PartialEq, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable)]
480 #[derive(TypeFoldable, TypeVisitable)]
481 pub struct Coverage {
482     pub kind: CoverageKind,
483     pub code_region: Option<CodeRegion>,
484 }
485
486 #[derive(Clone, Debug, PartialEq, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable)]
487 #[derive(TypeFoldable, TypeVisitable)]
488 pub struct CopyNonOverlapping<'tcx> {
489     pub src: Operand<'tcx>,
490     pub dst: Operand<'tcx>,
491     /// Number of elements to copy from src to dest, not bytes.
492     pub count: Operand<'tcx>,
493 }
494
495 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
496 // Terminators
497
498 /// The various kinds of terminators, representing ways of exiting from a basic block.
499 ///
500 /// A note on unwinding: Panics may occur during the execution of some terminators. Depending on the
501 /// `-C panic` flag, this may either cause the program to abort or the call stack to unwind. Such
502 /// terminators have a `cleanup: Option<BasicBlock>` field on them. If stack unwinding occurs, then
503 /// once the current function is reached, execution continues at the given basic block, if any. If
504 /// `cleanup` is `None` then no cleanup is performed, and the stack continues unwinding. This is
505 /// equivalent to the execution of a `Resume` terminator.
506 ///
507 /// The basic block pointed to by a `cleanup` field must have its `cleanup` flag set. `cleanup`
508 /// basic blocks have a couple restrictions:
509 ///  1. All `cleanup` fields in them must be `None`.
510 ///  2. `Return` terminators are not allowed in them. `Abort` and `Unwind` terminators are.
511 ///  3. All other basic blocks (in the current body) that are reachable from `cleanup` basic blocks
512 ///     must also be `cleanup`. This is a part of the type system and checked statically, so it is
513 ///     still an error to have such an edge in the CFG even if it's known that it won't be taken at
514 ///     runtime.
515 #[derive(Clone, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable, PartialEq, TypeFoldable, TypeVisitable)]
516 pub enum TerminatorKind<'tcx> {
517     /// Block has one successor; we continue execution there.
518     Goto { target: BasicBlock },
519
520     /// Switches based on the computed value.
521     ///
522     /// First, evaluates the `discr` operand. The type of the operand must be a signed or unsigned
523     /// integer, char, or bool, and must match the given type. Then, if the list of switch targets
524     /// contains the computed value, continues execution at the associated basic block. Otherwise,
525     /// continues execution at the "otherwise" basic block.
526     ///
527     /// Target values may not appear more than once.
528     SwitchInt {
529         /// The discriminant value being tested.
530         discr: Operand<'tcx>,
531         targets: SwitchTargets,
532     },
533
534     /// Indicates that the landing pad is finished and that the process should continue unwinding.
535     ///
536     /// Like a return, this marks the end of this invocation of the function.
537     ///
538     /// Only permitted in cleanup blocks. `Resume` is not permitted with `-C unwind=abort` after
539     /// deaggregation runs.
540     Resume,
541
542     /// Indicates that the landing pad is finished and that the process should abort.
543     ///
544     /// Used to prevent unwinding for foreign items or with `-C unwind=abort`. Only permitted in
545     /// cleanup blocks.
546     Abort,
547
548     /// Returns from the function.
549     ///
550     /// Like function calls, the exact semantics of returns in Rust are unclear. Returning very
551     /// likely at least assigns the value currently in the return place (`_0`) to the place
552     /// specified in the associated `Call` terminator in the calling function, as if assigned via
553     /// `dest = move _0`. It might additionally do other things, like have side-effects in the
554     /// aliasing model.
555     ///
556     /// If the body is a generator body, this has slightly different semantics; it instead causes a
557     /// `GeneratorState::Returned(_0)` to be created (as if by an `Aggregate` rvalue) and assigned
558     /// to the return place.
559     Return,
560
561     /// Indicates a terminator that can never be reached.
562     ///
563     /// Executing this terminator is UB.
564     Unreachable,
565
566     /// The behavior of this statement differs significantly before and after drop elaboration.
567     /// After drop elaboration, `Drop` executes the drop glue for the specified place, after which
568     /// it continues execution/unwinds at the given basic blocks. It is possible that executing drop
569     /// glue is special - this would be part of Rust's memory model. (**FIXME**: due we have an
570     /// issue tracking if drop glue has any interesting semantics in addition to those of a function
571     /// call?)
572     ///
573     /// `Drop` before drop elaboration is a *conditional* execution of the drop glue. Specifically, the
574     /// `Drop` will be executed if...
575     ///
576     /// **Needs clarification**: End of that sentence. This in effect should document the exact
577     /// behavior of drop elaboration. The following sounds vaguely right, but I'm not quite sure:
578     ///
579     /// > The drop glue is executed if, among all statements executed within this `Body`, an assignment to
580     /// > the place or one of its "parents" occurred more recently than a move out of it. This does not
581     /// > consider indirect assignments.
582     Drop { place: Place<'tcx>, target: BasicBlock, unwind: Option<BasicBlock> },
583
584     /// Drops the place and assigns a new value to it.
585     ///
586     /// This first performs the exact same operation as the pre drop-elaboration `Drop` terminator;
587     /// it then additionally assigns the `value` to the `place` as if by an assignment statement.
588     /// This assignment occurs both in the unwind and the regular code paths. The semantics are best
589     /// explained by the elaboration:
590     ///
591     /// ```ignore (MIR)
592     /// BB0 {
593     ///   DropAndReplace(P <- V, goto BB1, unwind BB2)
594     /// }
595     /// ```
596     ///
597     /// becomes
598     ///
599     /// ```ignore (MIR)
600     /// BB0 {
601     ///   Drop(P, goto BB1, unwind BB2)
602     /// }
603     /// BB1 {
604     ///   // P is now uninitialized
605     ///   P <- V
606     /// }
607     /// BB2 {
608     ///   // P is now uninitialized -- its dtor panicked
609     ///   P <- V
610     /// }
611     /// ```
612     ///
613     /// Disallowed after drop elaboration.
614     DropAndReplace {
615         place: Place<'tcx>,
616         value: Operand<'tcx>,
617         target: BasicBlock,
618         unwind: Option<BasicBlock>,
619     },
620
621     /// Roughly speaking, evaluates the `func` operand and the arguments, and starts execution of
622     /// the referred to function. The operand types must match the argument types of the function.
623     /// The return place type must match the return type. The type of the `func` operand must be
624     /// callable, meaning either a function pointer, a function type, or a closure type.
625     ///
626     /// **Needs clarification**: The exact semantics of this. Current backends rely on `move`
627     /// operands not aliasing the return place. It is unclear how this is justified in MIR, see
628     /// [#71117].
629     ///
630     /// [#71117]: https://github.com/rust-lang/rust/issues/71117
631     Call {
632         /// The function that’s being called.
633         func: Operand<'tcx>,
634         /// Arguments the function is called with.
635         /// These are owned by the callee, which is free to modify them.
636         /// This allows the memory occupied by "by-value" arguments to be
637         /// reused across function calls without duplicating the contents.
638         args: Vec<Operand<'tcx>>,
639         /// Where the returned value will be written
640         destination: Place<'tcx>,
641         /// Where to go after this call returns. If none, the call necessarily diverges.
642         target: Option<BasicBlock>,
643         /// Cleanups to be done if the call unwinds.
644         cleanup: Option<BasicBlock>,
645         /// `true` if this is from a call in HIR rather than from an overloaded
646         /// operator. True for overloaded function call.
647         from_hir_call: bool,
648         /// This `Span` is the span of the function, without the dot and receiver
649         /// (e.g. `foo(a, b)` in `x.foo(a, b)`
650         fn_span: Span,
651     },
652
653     /// Evaluates the operand, which must have type `bool`. If it is not equal to `expected`,
654     /// initiates a panic. Initiating a panic corresponds to a `Call` terminator with some
655     /// unspecified constant as the function to call, all the operands stored in the `AssertMessage`
656     /// as parameters, and `None` for the destination. Keep in mind that the `cleanup` path is not
657     /// necessarily executed even in the case of a panic, for example in `-C panic=abort`. If the
658     /// assertion does not fail, execution continues at the specified basic block.
659     Assert {
660         cond: Operand<'tcx>,
661         expected: bool,
662         msg: AssertMessage<'tcx>,
663         target: BasicBlock,
664         cleanup: Option<BasicBlock>,
665     },
666
667     /// Marks a suspend point.
668     ///
669     /// Like `Return` terminators in generator bodies, this computes `value` and then a
670     /// `GeneratorState::Yielded(value)` as if by `Aggregate` rvalue. That value is then assigned to
671     /// the return place of the function calling this one, and execution continues in the calling
672     /// function. When next invoked with the same first argument, execution of this function
673     /// continues at the `resume` basic block, with the second argument written to the `resume_arg`
674     /// place. If the generator is dropped before then, the `drop` basic block is invoked.
675     ///
676     /// Not permitted in bodies that are not generator bodies, or after generator lowering.
677     ///
678     /// **Needs clarification**: What about the evaluation order of the `resume_arg` and `value`?
679     Yield {
680         /// The value to return.
681         value: Operand<'tcx>,
682         /// Where to resume to.
683         resume: BasicBlock,
684         /// The place to store the resume argument in.
685         resume_arg: Place<'tcx>,
686         /// Cleanup to be done if the generator is dropped at this suspend point.
687         drop: Option<BasicBlock>,
688     },
689
690     /// Indicates the end of dropping a generator.
691     ///
692     /// Semantically just a `return` (from the generators drop glue). Only permitted in the same situations
693     /// as `yield`.
694     ///
695     /// **Needs clarification**: Is that even correct? The generator drop code is always confusing
696     /// to me, because it's not even really in the current body.
697     ///
698     /// **Needs clarification**: Are there type system constraints on these terminators? Should
699     /// there be a "block type" like `cleanup` blocks for them?
700     GeneratorDrop,
701
702     /// A block where control flow only ever takes one real path, but borrowck needs to be more
703     /// conservative.
704     ///
705     /// At runtime this is semantically just a goto.
706     ///
707     /// Disallowed after drop elaboration.
708     FalseEdge {
709         /// The target normal control flow will take.
710         real_target: BasicBlock,
711         /// A block control flow could conceptually jump to, but won't in
712         /// practice.
713         imaginary_target: BasicBlock,
714     },
715
716     /// A terminator for blocks that only take one path in reality, but where we reserve the right
717     /// to unwind in borrowck, even if it won't happen in practice. This can arise in infinite loops
718     /// with no function calls for example.
719     ///
720     /// At runtime this is semantically just a goto.
721     ///
722     /// Disallowed after drop elaboration.
723     FalseUnwind {
724         /// The target normal control flow will take.
725         real_target: BasicBlock,
726         /// The imaginary cleanup block link. This particular path will never be taken
727         /// in practice, but in order to avoid fragility we want to always
728         /// consider it in borrowck. We don't want to accept programs which
729         /// pass borrowck only when `panic=abort` or some assertions are disabled
730         /// due to release vs. debug mode builds. This needs to be an `Option` because
731         /// of the `remove_noop_landing_pads` and `abort_unwinding_calls` passes.
732         unwind: Option<BasicBlock>,
733     },
734
735     /// Block ends with an inline assembly block. This is a terminator since
736     /// inline assembly is allowed to diverge.
737     InlineAsm {
738         /// The template for the inline assembly, with placeholders.
739         template: &'tcx [InlineAsmTemplatePiece],
740
741         /// The operands for the inline assembly, as `Operand`s or `Place`s.
742         operands: Vec<InlineAsmOperand<'tcx>>,
743
744         /// Miscellaneous options for the inline assembly.
745         options: InlineAsmOptions,
746
747         /// Source spans for each line of the inline assembly code. These are
748         /// used to map assembler errors back to the line in the source code.
749         line_spans: &'tcx [Span],
750
751         /// Destination block after the inline assembly returns, unless it is
752         /// diverging (InlineAsmOptions::NORETURN).
753         destination: Option<BasicBlock>,
754
755         /// Cleanup to be done if the inline assembly unwinds. This is present
756         /// if and only if InlineAsmOptions::MAY_UNWIND is set.
757         cleanup: Option<BasicBlock>,
758     },
759 }
760
761 /// Information about an assertion failure.
762 #[derive(Clone, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable, PartialEq, TypeFoldable, TypeVisitable)]
763 pub enum AssertKind<O> {
764     BoundsCheck { len: O, index: O },
765     Overflow(BinOp, O, O),
766     OverflowNeg(O),
767     DivisionByZero(O),
768     RemainderByZero(O),
769     ResumedAfterReturn(GeneratorKind),
770     ResumedAfterPanic(GeneratorKind),
771 }
772
773 #[derive(Clone, Debug, PartialEq, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable)]
774 #[derive(TypeFoldable, TypeVisitable)]
775 pub enum InlineAsmOperand<'tcx> {
776     In {
777         reg: InlineAsmRegOrRegClass,
778         value: Operand<'tcx>,
779     },
780     Out {
781         reg: InlineAsmRegOrRegClass,
782         late: bool,
783         place: Option<Place<'tcx>>,
784     },
785     InOut {
786         reg: InlineAsmRegOrRegClass,
787         late: bool,
788         in_value: Operand<'tcx>,
789         out_place: Option<Place<'tcx>>,
790     },
791     Const {
792         value: Box<Constant<'tcx>>,
793     },
794     SymFn {
795         value: Box<Constant<'tcx>>,
796     },
797     SymStatic {
798         def_id: DefId,
799     },
800 }
801
802 /// Type for MIR `Assert` terminator error messages.
803 pub type AssertMessage<'tcx> = AssertKind<Operand<'tcx>>;
804
805 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
806 // Places
807
808 /// Places roughly correspond to a "location in memory." Places in MIR are the same mathematical
809 /// object as places in Rust. This of course means that what exactly they are is undecided and part
810 /// of the Rust memory model. However, they will likely contain at least the following pieces of
811 /// information in some form:
812 ///
813 ///  1. The address in memory that the place refers to.
814 ///  2. The provenance with which the place is being accessed.
815 ///  3. The type of the place and an optional variant index. See [`PlaceTy`][super::tcx::PlaceTy].
816 ///  4. Optionally, some metadata. This exists if and only if the type of the place is not `Sized`.
817 ///
818 /// We'll give a description below of how all pieces of the place except for the provenance are
819 /// calculated. We cannot give a description of the provenance, because that is part of the
820 /// undecided aliasing model - we only include it here at all to acknowledge its existence.
821 ///
822 /// Each local naturally corresponds to the place `Place { local, projection: [] }`. This place has
823 /// the address of the local's allocation and the type of the local.
824 ///
825 /// **Needs clarification:** Unsized locals seem to present a bit of an issue. Their allocation
826 /// can't actually be created on `StorageLive`, because it's unclear how big to make the allocation.
827 /// Furthermore, MIR produces assignments to unsized locals, although that is not permitted under
828 /// `#![feature(unsized_locals)]` in Rust. Besides just putting "unsized locals are special and
829 /// different" in a bunch of places, I (JakobDegen) don't know how to incorporate this behavior into
830 /// the current MIR semantics in a clean way - possibly this needs some design work first.
831 ///
832 /// For places that are not locals, ie they have a non-empty list of projections, we define the
833 /// values as a function of the parent place, that is the place with its last [`ProjectionElem`]
834 /// stripped. The way this is computed of course depends on the kind of that last projection
835 /// element:
836 ///
837 ///  - [`Downcast`](ProjectionElem::Downcast): This projection sets the place's variant index to the
838 ///    given one, and makes no other changes. A `Downcast` projection on a place with its variant
839 ///    index already set is not well-formed.
840 ///  - [`Field`](ProjectionElem::Field): `Field` projections take their parent place and create a
841 ///    place referring to one of the fields of the type. The resulting address is the parent
842 ///    address, plus the offset of the field. The type becomes the type of the field. If the parent
843 ///    was unsized and so had metadata associated with it, then the metadata is retained if the
844 ///    field is unsized and thrown out if it is sized.
845 ///
846 ///    These projections are only legal for tuples, ADTs, closures, and generators. If the ADT or
847 ///    generator has more than one variant, the parent place's variant index must be set, indicating
848 ///    which variant is being used. If it has just one variant, the variant index may or may not be
849 ///    included - the single possible variant is inferred if it is not included.
850 ///  - [`OpaqueCast`](ProjectionElem::OpaqueCast): This projection changes the place's type to the
851 ///    given one, and makes no other changes. A `OpaqueCast` projection on any type other than an
852 ///    opaque type from the current crate is not well-formed.
853 ///  - [`ConstantIndex`](ProjectionElem::ConstantIndex): Computes an offset in units of `T` into the
854 ///    place as described in the documentation for the `ProjectionElem`. The resulting address is
855 ///    the parent's address plus that offset, and the type is `T`. This is only legal if the parent
856 ///    place has type `[T;  N]` or `[T]` (*not* `&[T]`). Since such a `T` is always sized, any
857 ///    resulting metadata is thrown out.
858 ///  - [`Subslice`](ProjectionElem::Subslice): This projection calculates an offset and a new
859 ///    address in a similar manner as `ConstantIndex`. It is also only legal on `[T; N]` and `[T]`.
860 ///    However, this yields a `Place` of type `[T]`, and additionally sets the metadata to be the
861 ///    length of the subslice.
862 ///  - [`Index`](ProjectionElem::Index): Like `ConstantIndex`, only legal on `[T; N]` or `[T]`.
863 ///    However, `Index` additionally takes a local from which the value of the index is computed at
864 ///    runtime. Computing the value of the index involves interpreting the `Local` as a
865 ///    `Place { local, projection: [] }`, and then computing its value as if done via
866 ///    [`Operand::Copy`]. The array/slice is then indexed with the resulting value. The local must
867 ///    have type `usize`.
868 ///  - [`Deref`](ProjectionElem::Deref): Derefs are the last type of projection, and the most
869 ///    complicated. They are only legal on parent places that are references, pointers, or `Box`. A
870 ///    `Deref` projection begins by loading a value from the parent place, as if by
871 ///    [`Operand::Copy`]. It then dereferences the resulting pointer, creating a place of the
872 ///    pointee's type. The resulting address is the address that was stored in the pointer. If the
873 ///    pointee type is unsized, the pointer additionally stored the value of the metadata.
874 ///
875 /// Computing a place may cause UB. One possibility is that the pointer used for a `Deref` may not
876 /// be suitably aligned. Another possibility is that the place is not in bounds, meaning it does not
877 /// point to an actual allocation.
878 ///
879 /// However, if this is actually UB and when the UB kicks in is undecided. This is being discussed
880 /// in [UCG#319]. The options include that every place must obey those rules, that only some places
881 /// must obey them, or that places impose no rules of their own.
882 ///
883 /// [UCG#319]: https://github.com/rust-lang/unsafe-code-guidelines/issues/319
884 ///
885 /// Rust currently requires that every place obey those two rules. This is checked by MIRI and taken
886 /// advantage of by codegen (via `gep inbounds`). That is possibly subject to change.
887 #[derive(Copy, Clone, PartialEq, Eq, Hash, TyEncodable, HashStable, TypeFoldable, TypeVisitable)]
888 pub struct Place<'tcx> {
889     pub local: Local,
890
891     /// projection out of a place (access a field, deref a pointer, etc)
892     pub projection: &'tcx List<PlaceElem<'tcx>>,
893 }
894
895 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash)]
896 #[derive(TyEncodable, TyDecodable, HashStable, TypeFoldable, TypeVisitable)]
897 pub enum ProjectionElem<V, T> {
898     Deref,
899     Field(Field, T),
900     /// Index into a slice/array.
901     ///
902     /// Note that this does not also dereference, and so it does not exactly correspond to slice
903     /// indexing in Rust. In other words, in the below Rust code:
904     ///
905     /// ```rust
906     /// let x = &[1, 2, 3, 4];
907     /// let i = 2;
908     /// x[i];
909     /// ```
910     ///
911     /// The `x[i]` is turned into a `Deref` followed by an `Index`, not just an `Index`. The same
912     /// thing is true of the `ConstantIndex` and `Subslice` projections below.
913     Index(V),
914
915     /// These indices are generated by slice patterns. Easiest to explain
916     /// by example:
917     ///
918     /// ```ignore (illustrative)
919     /// [X, _, .._, _, _] => { offset: 0, min_length: 4, from_end: false },
920     /// [_, X, .._, _, _] => { offset: 1, min_length: 4, from_end: false },
921     /// [_, _, .._, X, _] => { offset: 2, min_length: 4, from_end: true },
922     /// [_, _, .._, _, X] => { offset: 1, min_length: 4, from_end: true },
923     /// ```
924     ConstantIndex {
925         /// index or -index (in Python terms), depending on from_end
926         offset: u64,
927         /// The thing being indexed must be at least this long. For arrays this
928         /// is always the exact length.
929         min_length: u64,
930         /// Counting backwards from end? This is always false when indexing an
931         /// array.
932         from_end: bool,
933     },
934
935     /// These indices are generated by slice patterns.
936     ///
937     /// If `from_end` is true `slice[from..slice.len() - to]`.
938     /// Otherwise `array[from..to]`.
939     Subslice {
940         from: u64,
941         to: u64,
942         /// Whether `to` counts from the start or end of the array/slice.
943         /// For `PlaceElem`s this is `true` if and only if the base is a slice.
944         /// For `ProjectionKind`, this can also be `true` for arrays.
945         from_end: bool,
946     },
947
948     /// "Downcast" to a variant of an enum or a generator.
949     ///
950     /// The included Symbol is the name of the variant, used for printing MIR.
951     Downcast(Option<Symbol>, VariantIdx),
952
953     /// Like an explicit cast from an opaque type to a concrete type, but without
954     /// requiring an intermediate variable.
955     OpaqueCast(T),
956 }
957
958 /// Alias for projections as they appear in places, where the base is a place
959 /// and the index is a local.
960 pub type PlaceElem<'tcx> = ProjectionElem<Local, Ty<'tcx>>;
961
962 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
963 // Operands
964
965 /// An operand in MIR represents a "value" in Rust, the definition of which is undecided and part of
966 /// the memory model. One proposal for a definition of values can be found [on UCG][value-def].
967 ///
968 /// [value-def]: https://github.com/rust-lang/unsafe-code-guidelines/blob/master/wip/value-domain.md
969 ///
970 /// The most common way to create values is via loading a place. Loading a place is an operation
971 /// which reads the memory of the place and converts it to a value. This is a fundamentally *typed*
972 /// operation. The nature of the value produced depends on the type of the conversion. Furthermore,
973 /// there may be other effects: if the type has a validity constraint loading the place might be UB
974 /// if the validity constraint is not met.
975 ///
976 /// **Needs clarification:** Ralf proposes that loading a place not have side-effects.
977 /// This is what is implemented in miri today. Are these the semantics we want for MIR? Is this
978 /// something we can even decide without knowing more about Rust's memory model?
979 ///
980 /// **Needs clarifiation:** Is loading a place that has its variant index set well-formed? Miri
981 /// currently implements it, but it seems like this may be something to check against in the
982 /// validator.
983 #[derive(Clone, PartialEq, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable, TypeFoldable, TypeVisitable)]
984 pub enum Operand<'tcx> {
985     /// Creates a value by loading the given place.
986     ///
987     /// Before drop elaboration, the type of the place must be `Copy`. After drop elaboration there
988     /// is no such requirement.
989     Copy(Place<'tcx>),
990
991     /// Creates a value by performing loading the place, just like the `Copy` operand.
992     ///
993     /// This *may* additionally overwrite the place with `uninit` bytes, depending on how we decide
994     /// in [UCG#188]. You should not emit MIR that may attempt a subsequent second load of this
995     /// place without first re-initializing it.
996     ///
997     /// [UCG#188]: https://github.com/rust-lang/unsafe-code-guidelines/issues/188
998     Move(Place<'tcx>),
999
1000     /// Constants are already semantically values, and remain unchanged.
1001     Constant(Box<Constant<'tcx>>),
1002 }
1003
1004 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1005 // Rvalues
1006
1007 /// The various kinds of rvalues that can appear in MIR.
1008 ///
1009 /// Not all of these are allowed at every [`MirPhase`] - when this is the case, it's stated below.
1010 ///
1011 /// Computing any rvalue begins by evaluating the places and operands in some order (**Needs
1012 /// clarification**: Which order?). These are then used to produce a "value" - the same kind of
1013 /// value that an [`Operand`] produces.
1014 #[derive(Clone, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable, PartialEq, TypeFoldable, TypeVisitable)]
1015 pub enum Rvalue<'tcx> {
1016     /// Yields the operand unchanged
1017     Use(Operand<'tcx>),
1018
1019     /// Creates an array where each element is the value of the operand.
1020     ///
1021     /// This is the cause of a bug in the case where the repetition count is zero because the value
1022     /// is not dropped, see [#74836].
1023     ///
1024     /// Corresponds to source code like `[x; 32]`.
1025     ///
1026     /// [#74836]: https://github.com/rust-lang/rust/issues/74836
1027     Repeat(Operand<'tcx>, ty::Const<'tcx>),
1028
1029     /// Creates a reference of the indicated kind to the place.
1030     ///
1031     /// There is not much to document here, because besides the obvious parts the semantics of this
1032     /// are essentially entirely a part of the aliasing model. There are many UCG issues discussing
1033     /// exactly what the behavior of this operation should be.
1034     ///
1035     /// `Shallow` borrows are disallowed after drop lowering.
1036     Ref(Region<'tcx>, BorrowKind, Place<'tcx>),
1037
1038     /// Creates a pointer/reference to the given thread local.
1039     ///
1040     /// The yielded type is a `*mut T` if the static is mutable, otherwise if the static is extern a
1041     /// `*const T`, and if neither of those apply a `&T`.
1042     ///
1043     /// **Note:** This is a runtime operation that actually executes code and is in this sense more
1044     /// like a function call. Also, eliminating dead stores of this rvalue causes `fn main() {}` to
1045     /// SIGILL for some reason that I (JakobDegen) never got a chance to look into.
1046     ///
1047     /// **Needs clarification**: Are there weird additional semantics here related to the runtime
1048     /// nature of this operation?
1049     ThreadLocalRef(DefId),
1050
1051     /// Creates a pointer with the indicated mutability to the place.
1052     ///
1053     /// This is generated by pointer casts like `&v as *const _` or raw address of expressions like
1054     /// `&raw v` or `addr_of!(v)`.
1055     ///
1056     /// Like with references, the semantics of this operation are heavily dependent on the aliasing
1057     /// model.
1058     AddressOf(Mutability, Place<'tcx>),
1059
1060     /// Yields the length of the place, as a `usize`.
1061     ///
1062     /// If the type of the place is an array, this is the array length. For slices (`[T]`, not
1063     /// `&[T]`) this accesses the place's metadata to determine the length. This rvalue is
1064     /// ill-formed for places of other types.
1065     Len(Place<'tcx>),
1066
1067     /// Performs essentially all of the casts that can be performed via `as`.
1068     ///
1069     /// This allows for casts from/to a variety of types.
1070     ///
1071     /// **FIXME**: Document exactly which `CastKind`s allow which types of casts. Figure out why
1072     /// `ArrayToPointer` and `MutToConstPointer` are special.
1073     Cast(CastKind, Operand<'tcx>, Ty<'tcx>),
1074
1075     /// * `Offset` has the same semantics as [`offset`](pointer::offset), except that the second
1076     ///   parameter may be a `usize` as well.
1077     /// * The comparison operations accept `bool`s, `char`s, signed or unsigned integers, floats,
1078     ///   raw pointers, or function pointers and return a `bool`. The types of the operands must be
1079     ///   matching, up to the usual caveat of the lifetimes in function pointers.
1080     /// * Left and right shift operations accept signed or unsigned integers not necessarily of the
1081     ///   same type and return a value of the same type as their LHS. Like in Rust, the RHS is
1082     ///   truncated as needed.
1083     /// * The `Bit*` operations accept signed integers, unsigned integers, or bools with matching
1084     ///   types and return a value of that type.
1085     /// * The remaining operations accept signed integers, unsigned integers, or floats with
1086     ///   matching types and return a value of that type.
1087     BinaryOp(BinOp, Box<(Operand<'tcx>, Operand<'tcx>)>),
1088
1089     /// Same as `BinaryOp`, but yields `(T, bool)` with a `bool` indicating an error condition.
1090     ///
1091     /// When overflow checking is disabled and we are generating run-time code, the error condition
1092     /// is false. Otherwise, and always during CTFE, the error condition is determined as described
1093     /// below.
1094     ///
1095     /// For addition, subtraction, and multiplication on integers the error condition is set when
1096     /// the infinite precision result would be unequal to the actual result.
1097     ///
1098     /// For shift operations on integers the error condition is set when the value of right-hand
1099     /// side is greater than or equal to the number of bits in the type of the left-hand side, or
1100     /// when the value of right-hand side is negative.
1101     ///
1102     /// Other combinations of types and operators are unsupported.
1103     CheckedBinaryOp(BinOp, Box<(Operand<'tcx>, Operand<'tcx>)>),
1104
1105     /// Computes a value as described by the operation.
1106     NullaryOp(NullOp, Ty<'tcx>),
1107
1108     /// Exactly like `BinaryOp`, but less operands.
1109     ///
1110     /// Also does two's-complement arithmetic. Negation requires a signed integer or a float;
1111     /// bitwise not requires a signed integer, unsigned integer, or bool. Both operation kinds
1112     /// return a value with the same type as their operand.
1113     UnaryOp(UnOp, Operand<'tcx>),
1114
1115     /// Computes the discriminant of the place, returning it as an integer of type
1116     /// [`discriminant_ty`]. Returns zero for types without discriminant.
1117     ///
1118     /// The validity requirements for the underlying value are undecided for this rvalue, see
1119     /// [#91095]. Note too that the value of the discriminant is not the same thing as the
1120     /// variant index; use [`discriminant_for_variant`] to convert.
1121     ///
1122     /// [`discriminant_ty`]: crate::ty::Ty::discriminant_ty
1123     /// [#91095]: https://github.com/rust-lang/rust/issues/91095
1124     /// [`discriminant_for_variant`]: crate::ty::Ty::discriminant_for_variant
1125     Discriminant(Place<'tcx>),
1126
1127     /// Creates an aggregate value, like a tuple or struct.
1128     ///
1129     /// This is needed because dataflow analysis needs to distinguish
1130     /// `dest = Foo { x: ..., y: ... }` from `dest.x = ...; dest.y = ...;` in the case that `Foo`
1131     /// has a destructor.
1132     ///
1133     /// Disallowed after deaggregation for all aggregate kinds except `Array` and `Generator`. After
1134     /// generator lowering, `Generator` aggregate kinds are disallowed too.
1135     Aggregate(Box<AggregateKind<'tcx>>, Vec<Operand<'tcx>>),
1136
1137     /// Transmutes a `*mut u8` into shallow-initialized `Box<T>`.
1138     ///
1139     /// This is different from a normal transmute because dataflow analysis will treat the box as
1140     /// initialized but its content as uninitialized. Like other pointer casts, this in general
1141     /// affects alias analysis.
1142     ShallowInitBox(Operand<'tcx>, Ty<'tcx>),
1143
1144     /// A CopyForDeref is equivalent to a read from a place at the
1145     /// codegen level, but is treated specially by drop elaboration. When such a read happens, it
1146     /// is guaranteed (via nature of the mir_opt `Derefer` in rustc_mir_transform/src/deref_separator)
1147     /// that the only use of the returned value is a deref operation, immediately
1148     /// followed by one or more projections. Drop elaboration treats this rvalue as if the
1149     /// read never happened and just projects further. This allows simplifying various MIR
1150     /// optimizations and codegen backends that previously had to handle deref operations anywhere
1151     /// in a place.
1152     CopyForDeref(Place<'tcx>),
1153 }
1154
1155 #[derive(Clone, Copy, Debug, PartialEq, Eq, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable)]
1156 pub enum CastKind {
1157     /// An exposing pointer to address cast. A cast between a pointer and an integer type, or
1158     /// between a function pointer and an integer type.
1159     /// See the docs on `expose_addr` for more details.
1160     PointerExposeAddress,
1161     /// An address-to-pointer cast that picks up an exposed provenance.
1162     /// See the docs on `from_exposed_addr` for more details.
1163     PointerFromExposedAddress,
1164     /// All sorts of pointer-to-pointer casts. Note that reference-to-raw-ptr casts are
1165     /// translated into `&raw mut/const *r`, i.e., they are not actually casts.
1166     Pointer(PointerCast),
1167     /// Cast into a dyn* object.
1168     DynStar,
1169     IntToInt,
1170     FloatToInt,
1171     FloatToFloat,
1172     IntToFloat,
1173     PtrToPtr,
1174     FnPtrToPtr,
1175 }
1176
1177 #[derive(Clone, Debug, PartialEq, Eq, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable)]
1178 #[derive(TypeFoldable, TypeVisitable)]
1179 pub enum AggregateKind<'tcx> {
1180     /// The type is of the element
1181     Array(Ty<'tcx>),
1182     Tuple,
1183
1184     /// The second field is the variant index. It's equal to 0 for struct
1185     /// and union expressions. The fourth field is
1186     /// active field number and is present only for union expressions
1187     /// -- e.g., for a union expression `SomeUnion { c: .. }`, the
1188     /// active field index would identity the field `c`
1189     Adt(DefId, VariantIdx, SubstsRef<'tcx>, Option<UserTypeAnnotationIndex>, Option<usize>),
1190
1191     // Note: We can use LocalDefId since closures and generators a deaggregated
1192     // before codegen.
1193     Closure(LocalDefId, SubstsRef<'tcx>),
1194     Generator(LocalDefId, SubstsRef<'tcx>, hir::Movability),
1195 }
1196
1197 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq, TyEncodable, TyDecodable, Hash, HashStable)]
1198 pub enum NullOp {
1199     /// Returns the size of a value of that type
1200     SizeOf,
1201     /// Returns the minimum alignment of a type
1202     AlignOf,
1203 }
1204
1205 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord, Hash)]
1206 #[derive(HashStable, TyEncodable, TyDecodable, TypeFoldable, TypeVisitable)]
1207 pub enum UnOp {
1208     /// The `!` operator for logical inversion
1209     Not,
1210     /// The `-` operator for negation
1211     Neg,
1212 }
1213
1214 #[derive(Copy, Clone, Debug, PartialEq, PartialOrd, Ord, Eq, Hash)]
1215 #[derive(TyEncodable, TyDecodable, HashStable, TypeFoldable, TypeVisitable)]
1216 pub enum BinOp {
1217     /// The `+` operator (addition)
1218     Add,
1219     /// The `-` operator (subtraction)
1220     Sub,
1221     /// The `*` operator (multiplication)
1222     Mul,
1223     /// The `/` operator (division)
1224     ///
1225     /// Division by zero is UB, because the compiler should have inserted checks
1226     /// prior to this.
1227     Div,
1228     /// The `%` operator (modulus)
1229     ///
1230     /// Using zero as the modulus (second operand) is UB, because the compiler
1231     /// should have inserted checks prior to this.
1232     Rem,
1233     /// The `^` operator (bitwise xor)
1234     BitXor,
1235     /// The `&` operator (bitwise and)
1236     BitAnd,
1237     /// The `|` operator (bitwise or)
1238     BitOr,
1239     /// The `<<` operator (shift left)
1240     ///
1241     /// The offset is truncated to the size of the first operand before shifting.
1242     Shl,
1243     /// The `>>` operator (shift right)
1244     ///
1245     /// The offset is truncated to the size of the first operand before shifting.
1246     Shr,
1247     /// The `==` operator (equality)
1248     Eq,
1249     /// The `<` operator (less than)
1250     Lt,
1251     /// The `<=` operator (less than or equal to)
1252     Le,
1253     /// The `!=` operator (not equal to)
1254     Ne,
1255     /// The `>=` operator (greater than or equal to)
1256     Ge,
1257     /// The `>` operator (greater than)
1258     Gt,
1259     /// The `ptr.offset` operator
1260     Offset,
1261 }
1262
1263 // Some nodes are used a lot. Make sure they don't unintentionally get bigger.
1264 #[cfg(all(target_arch = "x86_64", target_pointer_width = "64"))]
1265 mod size_asserts {
1266     use super::*;
1267     // tidy-alphabetical-start
1268     static_assert_size!(AggregateKind<'_>, 40);
1269     static_assert_size!(Operand<'_>, 24);
1270     static_assert_size!(Place<'_>, 16);
1271     static_assert_size!(PlaceElem<'_>, 24);
1272     static_assert_size!(Rvalue<'_>, 40);
1273     // tidy-alphabetical-end
1274 }