]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - compiler/rustc_mir_transform/src/const_prop.rs
Auto merge of #102026 - Bryanskiy:resolve_update, r=petrochenkov
[rust.git] / compiler / rustc_mir_transform / src / const_prop.rs
1 //! Propagates constants for early reporting of statically known
2 //! assertion failures
3
4 use std::cell::Cell;
5
6 use rustc_ast::Mutability;
7 use rustc_data_structures::fx::FxHashSet;
8 use rustc_hir::def::DefKind;
9 use rustc_index::bit_set::BitSet;
10 use rustc_index::vec::IndexVec;
11 use rustc_middle::mir::visit::{
12     MutVisitor, MutatingUseContext, NonMutatingUseContext, PlaceContext, Visitor,
13 };
14 use rustc_middle::mir::{
15     BasicBlock, BinOp, Body, Constant, ConstantKind, Local, LocalDecl, LocalKind, Location,
16     Operand, Place, Rvalue, SourceInfo, Statement, StatementKind, Terminator, TerminatorKind, UnOp,
17     RETURN_PLACE,
18 };
19 use rustc_middle::ty::layout::{LayoutError, LayoutOf, LayoutOfHelpers, TyAndLayout};
20 use rustc_middle::ty::InternalSubsts;
21 use rustc_middle::ty::{self, ConstKind, Instance, ParamEnv, Ty, TyCtxt, TypeVisitable};
22 use rustc_span::{def_id::DefId, Span};
23 use rustc_target::abi::{self, HasDataLayout, Size, TargetDataLayout};
24 use rustc_target::spec::abi::Abi as CallAbi;
25 use rustc_trait_selection::traits;
26
27 use crate::MirPass;
28 use rustc_const_eval::interpret::{
29     self, compile_time_machine, AllocId, ConstAllocation, ConstValue, CtfeValidationMode, Frame,
30     ImmTy, Immediate, InterpCx, InterpResult, LocalState, LocalValue, MemoryKind, OpTy, PlaceTy,
31     Pointer, Scalar, StackPopCleanup, StackPopUnwind,
32 };
33
34 /// The maximum number of bytes that we'll allocate space for a local or the return value.
35 /// Needed for #66397, because otherwise we eval into large places and that can cause OOM or just
36 /// Severely regress performance.
37 const MAX_ALLOC_LIMIT: u64 = 1024;
38
39 /// Macro for machine-specific `InterpError` without allocation.
40 /// (These will never be shown to the user, but they help diagnose ICEs.)
41 macro_rules! throw_machine_stop_str {
42     ($($tt:tt)*) => {{
43         // We make a new local type for it. The type itself does not carry any information,
44         // but its vtable (for the `MachineStopType` trait) does.
45         struct Zst;
46         // Printing this type shows the desired string.
47         impl std::fmt::Display for Zst {
48             fn fmt(&self, f: &mut std::fmt::Formatter<'_>) -> std::fmt::Result {
49                 write!(f, $($tt)*)
50             }
51         }
52         impl rustc_middle::mir::interpret::MachineStopType for Zst {}
53         throw_machine_stop!(Zst)
54     }};
55 }
56
57 pub struct ConstProp;
58
59 impl<'tcx> MirPass<'tcx> for ConstProp {
60     fn is_enabled(&self, sess: &rustc_session::Session) -> bool {
61         sess.mir_opt_level() >= 1
62     }
63
64     #[instrument(skip(self, tcx), level = "debug")]
65     fn run_pass(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>, body: &mut Body<'tcx>) {
66         // will be evaluated by miri and produce its errors there
67         if body.source.promoted.is_some() {
68             return;
69         }
70
71         let def_id = body.source.def_id().expect_local();
72         let def_kind = tcx.def_kind(def_id);
73         let is_fn_like = def_kind.is_fn_like();
74         let is_assoc_const = def_kind == DefKind::AssocConst;
75
76         // Only run const prop on functions, methods, closures and associated constants
77         if !is_fn_like && !is_assoc_const {
78             // skip anon_const/statics/consts because they'll be evaluated by miri anyway
79             trace!("ConstProp skipped for {:?}", def_id);
80             return;
81         }
82
83         let is_generator = tcx.type_of(def_id.to_def_id()).is_generator();
84         // FIXME(welseywiser) const prop doesn't work on generators because of query cycles
85         // computing their layout.
86         if is_generator {
87             trace!("ConstProp skipped for generator {:?}", def_id);
88             return;
89         }
90
91         // Check if it's even possible to satisfy the 'where' clauses
92         // for this item.
93         // This branch will never be taken for any normal function.
94         // However, it's possible to `#!feature(trivial_bounds)]` to write
95         // a function with impossible to satisfy clauses, e.g.:
96         // `fn foo() where String: Copy {}`
97         //
98         // We don't usually need to worry about this kind of case,
99         // since we would get a compilation error if the user tried
100         // to call it. However, since we can do const propagation
101         // even without any calls to the function, we need to make
102         // sure that it even makes sense to try to evaluate the body.
103         // If there are unsatisfiable where clauses, then all bets are
104         // off, and we just give up.
105         //
106         // We manually filter the predicates, skipping anything that's not
107         // "global". We are in a potentially generic context
108         // (e.g. we are evaluating a function without substituting generic
109         // parameters, so this filtering serves two purposes:
110         //
111         // 1. We skip evaluating any predicates that we would
112         // never be able prove are unsatisfiable (e.g. `<T as Foo>`
113         // 2. We avoid trying to normalize predicates involving generic
114         // parameters (e.g. `<T as Foo>::MyItem`). This can confuse
115         // the normalization code (leading to cycle errors), since
116         // it's usually never invoked in this way.
117         let predicates = tcx
118             .predicates_of(def_id.to_def_id())
119             .predicates
120             .iter()
121             .filter_map(|(p, _)| if p.is_global() { Some(*p) } else { None });
122         if traits::impossible_predicates(
123             tcx,
124             traits::elaborate_predicates(tcx, predicates).map(|o| o.predicate).collect(),
125         ) {
126             trace!("ConstProp skipped for {:?}: found unsatisfiable predicates", def_id);
127             return;
128         }
129
130         trace!("ConstProp starting for {:?}", def_id);
131
132         let dummy_body = &Body::new(
133             body.source,
134             (*body.basic_blocks).clone(),
135             body.source_scopes.clone(),
136             body.local_decls.clone(),
137             Default::default(),
138             body.arg_count,
139             Default::default(),
140             body.span,
141             body.generator_kind(),
142             body.tainted_by_errors,
143         );
144
145         // FIXME(oli-obk, eddyb) Optimize locals (or even local paths) to hold
146         // constants, instead of just checking for const-folding succeeding.
147         // That would require a uniform one-def no-mutation analysis
148         // and RPO (or recursing when needing the value of a local).
149         let mut optimization_finder = ConstPropagator::new(body, dummy_body, tcx);
150         optimization_finder.visit_body(body);
151
152         trace!("ConstProp done for {:?}", def_id);
153     }
154 }
155
156 pub struct ConstPropMachine<'mir, 'tcx> {
157     /// The virtual call stack.
158     stack: Vec<Frame<'mir, 'tcx>>,
159     /// `OnlyInsideOwnBlock` locals that were written in the current block get erased at the end.
160     pub written_only_inside_own_block_locals: FxHashSet<Local>,
161     /// Locals that need to be cleared after every block terminates.
162     pub only_propagate_inside_block_locals: BitSet<Local>,
163     pub can_const_prop: IndexVec<Local, ConstPropMode>,
164 }
165
166 impl ConstPropMachine<'_, '_> {
167     pub fn new(
168         only_propagate_inside_block_locals: BitSet<Local>,
169         can_const_prop: IndexVec<Local, ConstPropMode>,
170     ) -> Self {
171         Self {
172             stack: Vec::new(),
173             written_only_inside_own_block_locals: Default::default(),
174             only_propagate_inside_block_locals,
175             can_const_prop,
176         }
177     }
178 }
179
180 impl<'mir, 'tcx> interpret::Machine<'mir, 'tcx> for ConstPropMachine<'mir, 'tcx> {
181     compile_time_machine!(<'mir, 'tcx>);
182     const PANIC_ON_ALLOC_FAIL: bool = true; // all allocations are small (see `MAX_ALLOC_LIMIT`)
183
184     type MemoryKind = !;
185
186     #[inline(always)]
187     fn enforce_alignment(_ecx: &InterpCx<'mir, 'tcx, Self>) -> bool {
188         // We do not check for alignment to avoid having to carry an `Align`
189         // in `ConstValue::ByRef`.
190         false
191     }
192
193     #[inline(always)]
194     fn enforce_validity(_ecx: &InterpCx<'mir, 'tcx, Self>) -> bool {
195         false // for now, we don't enforce validity
196     }
197
198     fn load_mir(
199         _ecx: &InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
200         _instance: ty::InstanceDef<'tcx>,
201     ) -> InterpResult<'tcx, &'tcx Body<'tcx>> {
202         throw_machine_stop_str!("calling functions isn't supported in ConstProp")
203     }
204
205     fn find_mir_or_eval_fn(
206         _ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
207         _instance: ty::Instance<'tcx>,
208         _abi: CallAbi,
209         _args: &[OpTy<'tcx>],
210         _destination: &PlaceTy<'tcx>,
211         _target: Option<BasicBlock>,
212         _unwind: StackPopUnwind,
213     ) -> InterpResult<'tcx, Option<(&'mir Body<'tcx>, ty::Instance<'tcx>)>> {
214         Ok(None)
215     }
216
217     fn call_intrinsic(
218         _ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
219         _instance: ty::Instance<'tcx>,
220         _args: &[OpTy<'tcx>],
221         _destination: &PlaceTy<'tcx>,
222         _target: Option<BasicBlock>,
223         _unwind: StackPopUnwind,
224     ) -> InterpResult<'tcx> {
225         throw_machine_stop_str!("calling intrinsics isn't supported in ConstProp")
226     }
227
228     fn assert_panic(
229         _ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
230         _msg: &rustc_middle::mir::AssertMessage<'tcx>,
231         _unwind: Option<rustc_middle::mir::BasicBlock>,
232     ) -> InterpResult<'tcx> {
233         bug!("panics terminators are not evaluated in ConstProp")
234     }
235
236     fn binary_ptr_op(
237         _ecx: &InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
238         _bin_op: BinOp,
239         _left: &ImmTy<'tcx>,
240         _right: &ImmTy<'tcx>,
241     ) -> InterpResult<'tcx, (Scalar, bool, Ty<'tcx>)> {
242         // We can't do this because aliasing of memory can differ between const eval and llvm
243         throw_machine_stop_str!("pointer arithmetic or comparisons aren't supported in ConstProp")
244     }
245
246     fn access_local_mut<'a>(
247         ecx: &'a mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
248         frame: usize,
249         local: Local,
250     ) -> InterpResult<'tcx, &'a mut interpret::Operand<Self::Provenance>> {
251         if ecx.machine.can_const_prop[local] == ConstPropMode::NoPropagation {
252             throw_machine_stop_str!("tried to write to a local that is marked as not propagatable")
253         }
254         if frame == 0 && ecx.machine.only_propagate_inside_block_locals.contains(local) {
255             trace!(
256                 "mutating local {:?} which is restricted to its block. \
257                 Will remove it from const-prop after block is finished.",
258                 local
259             );
260             ecx.machine.written_only_inside_own_block_locals.insert(local);
261         }
262         ecx.machine.stack[frame].locals[local].access_mut()
263     }
264
265     fn before_access_global(
266         _tcx: TyCtxt<'tcx>,
267         _machine: &Self,
268         _alloc_id: AllocId,
269         alloc: ConstAllocation<'tcx, Self::Provenance, Self::AllocExtra>,
270         _static_def_id: Option<DefId>,
271         is_write: bool,
272     ) -> InterpResult<'tcx> {
273         if is_write {
274             throw_machine_stop_str!("can't write to global");
275         }
276         // If the static allocation is mutable, then we can't const prop it as its content
277         // might be different at runtime.
278         if alloc.inner().mutability == Mutability::Mut {
279             throw_machine_stop_str!("can't access mutable globals in ConstProp");
280         }
281
282         Ok(())
283     }
284
285     #[inline(always)]
286     fn expose_ptr(
287         _ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
288         _ptr: Pointer<AllocId>,
289     ) -> InterpResult<'tcx> {
290         throw_machine_stop_str!("exposing pointers isn't supported in ConstProp")
291     }
292
293     #[inline(always)]
294     fn init_frame_extra(
295         _ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
296         frame: Frame<'mir, 'tcx>,
297     ) -> InterpResult<'tcx, Frame<'mir, 'tcx>> {
298         Ok(frame)
299     }
300
301     #[inline(always)]
302     fn stack<'a>(
303         ecx: &'a InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
304     ) -> &'a [Frame<'mir, 'tcx, Self::Provenance, Self::FrameExtra>] {
305         &ecx.machine.stack
306     }
307
308     #[inline(always)]
309     fn stack_mut<'a>(
310         ecx: &'a mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
311     ) -> &'a mut Vec<Frame<'mir, 'tcx, Self::Provenance, Self::FrameExtra>> {
312         &mut ecx.machine.stack
313     }
314 }
315
316 /// Finds optimization opportunities on the MIR.
317 struct ConstPropagator<'mir, 'tcx> {
318     ecx: InterpCx<'mir, 'tcx, ConstPropMachine<'mir, 'tcx>>,
319     tcx: TyCtxt<'tcx>,
320     param_env: ParamEnv<'tcx>,
321     local_decls: &'mir IndexVec<Local, LocalDecl<'tcx>>,
322     // Because we have `MutVisitor` we can't obtain the `SourceInfo` from a `Location`. So we store
323     // the last known `SourceInfo` here and just keep revisiting it.
324     source_info: Option<SourceInfo>,
325 }
326
327 impl<'tcx> LayoutOfHelpers<'tcx> for ConstPropagator<'_, 'tcx> {
328     type LayoutOfResult = Result<TyAndLayout<'tcx>, LayoutError<'tcx>>;
329
330     #[inline]
331     fn handle_layout_err(&self, err: LayoutError<'tcx>, _: Span, _: Ty<'tcx>) -> LayoutError<'tcx> {
332         err
333     }
334 }
335
336 impl HasDataLayout for ConstPropagator<'_, '_> {
337     #[inline]
338     fn data_layout(&self) -> &TargetDataLayout {
339         &self.tcx.data_layout
340     }
341 }
342
343 impl<'tcx> ty::layout::HasTyCtxt<'tcx> for ConstPropagator<'_, 'tcx> {
344     #[inline]
345     fn tcx(&self) -> TyCtxt<'tcx> {
346         self.tcx
347     }
348 }
349
350 impl<'tcx> ty::layout::HasParamEnv<'tcx> for ConstPropagator<'_, 'tcx> {
351     #[inline]
352     fn param_env(&self) -> ty::ParamEnv<'tcx> {
353         self.param_env
354     }
355 }
356
357 impl<'mir, 'tcx> ConstPropagator<'mir, 'tcx> {
358     fn new(
359         body: &Body<'tcx>,
360         dummy_body: &'mir Body<'tcx>,
361         tcx: TyCtxt<'tcx>,
362     ) -> ConstPropagator<'mir, 'tcx> {
363         let def_id = body.source.def_id();
364         let substs = &InternalSubsts::identity_for_item(tcx, def_id);
365         let param_env = tcx.param_env_reveal_all_normalized(def_id);
366
367         let can_const_prop = CanConstProp::check(tcx, param_env, body);
368         let mut only_propagate_inside_block_locals = BitSet::new_empty(can_const_prop.len());
369         for (l, mode) in can_const_prop.iter_enumerated() {
370             if *mode == ConstPropMode::OnlyInsideOwnBlock {
371                 only_propagate_inside_block_locals.insert(l);
372             }
373         }
374         let mut ecx = InterpCx::new(
375             tcx,
376             tcx.def_span(def_id),
377             param_env,
378             ConstPropMachine::new(only_propagate_inside_block_locals, can_const_prop),
379         );
380
381         let ret_layout = ecx
382             .layout_of(body.bound_return_ty().subst(tcx, substs))
383             .ok()
384             // Don't bother allocating memory for large values.
385             // I don't know how return types can seem to be unsized but this happens in the
386             // `type/type-unsatisfiable.rs` test.
387             .filter(|ret_layout| {
388                 !ret_layout.is_unsized() && ret_layout.size < Size::from_bytes(MAX_ALLOC_LIMIT)
389             })
390             .unwrap_or_else(|| ecx.layout_of(tcx.types.unit).unwrap());
391
392         let ret = ecx
393             .allocate(ret_layout, MemoryKind::Stack)
394             .expect("couldn't perform small allocation")
395             .into();
396
397         ecx.push_stack_frame(
398             Instance::new(def_id, substs),
399             dummy_body,
400             &ret,
401             StackPopCleanup::Root { cleanup: false },
402         )
403         .expect("failed to push initial stack frame");
404
405         ConstPropagator {
406             ecx,
407             tcx,
408             param_env,
409             local_decls: &dummy_body.local_decls,
410             source_info: None,
411         }
412     }
413
414     fn get_const(&self, place: Place<'tcx>) -> Option<OpTy<'tcx>> {
415         let op = match self.ecx.eval_place_to_op(place, None) {
416             Ok(op) => {
417                 if matches!(*op, interpret::Operand::Immediate(Immediate::Uninit)) {
418                     // Make sure nobody accidentally uses this value.
419                     return None;
420                 }
421                 op
422             }
423             Err(e) => {
424                 trace!("get_const failed: {}", e);
425                 return None;
426             }
427         };
428
429         // Try to read the local as an immediate so that if it is representable as a scalar, we can
430         // handle it as such, but otherwise, just return the value as is.
431         Some(match self.ecx.read_immediate_raw(&op) {
432             Ok(Ok(imm)) => imm.into(),
433             _ => op,
434         })
435     }
436
437     /// Remove `local` from the pool of `Locals`. Allows writing to them,
438     /// but not reading from them anymore.
439     fn remove_const(ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, ConstPropMachine<'mir, 'tcx>>, local: Local) {
440         ecx.frame_mut().locals[local] = LocalState {
441             value: LocalValue::Live(interpret::Operand::Immediate(interpret::Immediate::Uninit)),
442             layout: Cell::new(None),
443         };
444     }
445
446     fn use_ecx<F, T>(&mut self, f: F) -> Option<T>
447     where
448         F: FnOnce(&mut Self) -> InterpResult<'tcx, T>,
449     {
450         match f(self) {
451             Ok(val) => Some(val),
452             Err(error) => {
453                 trace!("InterpCx operation failed: {:?}", error);
454                 // Some errors shouldn't come up because creating them causes
455                 // an allocation, which we should avoid. When that happens,
456                 // dedicated error variants should be introduced instead.
457                 assert!(
458                     !error.kind().formatted_string(),
459                     "const-prop encountered formatting error: {}",
460                     error
461                 );
462                 None
463             }
464         }
465     }
466
467     /// Returns the value, if any, of evaluating `c`.
468     fn eval_constant(&mut self, c: &Constant<'tcx>) -> Option<OpTy<'tcx>> {
469         // FIXME we need to revisit this for #67176
470         if c.needs_subst() {
471             return None;
472         }
473
474         self.ecx.const_to_op(&c.literal, None).ok()
475     }
476
477     /// Returns the value, if any, of evaluating `place`.
478     fn eval_place(&mut self, place: Place<'tcx>) -> Option<OpTy<'tcx>> {
479         trace!("eval_place(place={:?})", place);
480         self.use_ecx(|this| this.ecx.eval_place_to_op(place, None))
481     }
482
483     /// Returns the value, if any, of evaluating `op`. Calls upon `eval_constant`
484     /// or `eval_place`, depending on the variant of `Operand` used.
485     fn eval_operand(&mut self, op: &Operand<'tcx>) -> Option<OpTy<'tcx>> {
486         match *op {
487             Operand::Constant(ref c) => self.eval_constant(c),
488             Operand::Move(place) | Operand::Copy(place) => self.eval_place(place),
489         }
490     }
491
492     fn check_unary_op(&mut self, op: UnOp, arg: &Operand<'tcx>) -> Option<()> {
493         if self.use_ecx(|this| {
494             let val = this.ecx.read_immediate(&this.ecx.eval_operand(arg, None)?)?;
495             let (_res, overflow, _ty) = this.ecx.overflowing_unary_op(op, &val)?;
496             Ok(overflow)
497         })? {
498             // `AssertKind` only has an `OverflowNeg` variant, so make sure that is
499             // appropriate to use.
500             assert_eq!(op, UnOp::Neg, "Neg is the only UnOp that can overflow");
501             return None;
502         }
503
504         Some(())
505     }
506
507     fn check_binary_op(
508         &mut self,
509         op: BinOp,
510         left: &Operand<'tcx>,
511         right: &Operand<'tcx>,
512     ) -> Option<()> {
513         let r = self.use_ecx(|this| this.ecx.read_immediate(&this.ecx.eval_operand(right, None)?));
514         let l = self.use_ecx(|this| this.ecx.read_immediate(&this.ecx.eval_operand(left, None)?));
515         // Check for exceeding shifts *even if* we cannot evaluate the LHS.
516         if op == BinOp::Shr || op == BinOp::Shl {
517             let r = r.clone()?;
518             // We need the type of the LHS. We cannot use `place_layout` as that is the type
519             // of the result, which for checked binops is not the same!
520             let left_ty = left.ty(self.local_decls, self.tcx);
521             let left_size = self.ecx.layout_of(left_ty).ok()?.size;
522             let right_size = r.layout.size;
523             let r_bits = r.to_scalar().to_bits(right_size).ok();
524             if r_bits.map_or(false, |b| b >= left_size.bits() as u128) {
525                 return None;
526             }
527         }
528
529         if let (Some(l), Some(r)) = (&l, &r) {
530             // The remaining operators are handled through `overflowing_binary_op`.
531             if self.use_ecx(|this| {
532                 let (_res, overflow, _ty) = this.ecx.overflowing_binary_op(op, l, r)?;
533                 Ok(overflow)
534             })? {
535                 return None;
536             }
537         }
538         Some(())
539     }
540
541     fn propagate_operand(&mut self, operand: &mut Operand<'tcx>) {
542         match *operand {
543             Operand::Copy(l) | Operand::Move(l) => {
544                 if let Some(value) = self.get_const(l) && self.should_const_prop(&value) {
545                     // FIXME(felix91gr): this code only handles `Scalar` cases.
546                     // For now, we're not handling `ScalarPair` cases because
547                     // doing so here would require a lot of code duplication.
548                     // We should hopefully generalize `Operand` handling into a fn,
549                     // and use it to do const-prop here and everywhere else
550                     // where it makes sense.
551                     if let interpret::Operand::Immediate(interpret::Immediate::Scalar(
552                         scalar,
553                     )) = *value
554                     {
555                         *operand = self.operand_from_scalar(
556                             scalar,
557                             value.layout.ty,
558                             self.source_info.unwrap().span,
559                         );
560                     }
561                 }
562             }
563             Operand::Constant(_) => (),
564         }
565     }
566
567     fn const_prop(&mut self, rvalue: &Rvalue<'tcx>, place: Place<'tcx>) -> Option<()> {
568         // Perform any special handling for specific Rvalue types.
569         // Generally, checks here fall into one of two categories:
570         //   1. Additional checking to provide useful lints to the user
571         //        - In this case, we will do some validation and then fall through to the
572         //          end of the function which evals the assignment.
573         //   2. Working around bugs in other parts of the compiler
574         //        - In this case, we'll return `None` from this function to stop evaluation.
575         match rvalue {
576             // Additional checking: give lints to the user if an overflow would occur.
577             // We do this here and not in the `Assert` terminator as that terminator is
578             // only sometimes emitted (overflow checks can be disabled), but we want to always
579             // lint.
580             Rvalue::UnaryOp(op, arg) => {
581                 trace!("checking UnaryOp(op = {:?}, arg = {:?})", op, arg);
582                 self.check_unary_op(*op, arg)?;
583             }
584             Rvalue::BinaryOp(op, box (left, right)) => {
585                 trace!("checking BinaryOp(op = {:?}, left = {:?}, right = {:?})", op, left, right);
586                 self.check_binary_op(*op, left, right)?;
587             }
588             Rvalue::CheckedBinaryOp(op, box (left, right)) => {
589                 trace!(
590                     "checking CheckedBinaryOp(op = {:?}, left = {:?}, right = {:?})",
591                     op,
592                     left,
593                     right
594                 );
595                 self.check_binary_op(*op, left, right)?;
596             }
597
598             // Do not try creating references (#67862)
599             Rvalue::AddressOf(_, place) | Rvalue::Ref(_, _, place) => {
600                 trace!("skipping AddressOf | Ref for {:?}", place);
601
602                 // This may be creating mutable references or immutable references to cells.
603                 // If that happens, the pointed to value could be mutated via that reference.
604                 // Since we aren't tracking references, the const propagator loses track of what
605                 // value the local has right now.
606                 // Thus, all locals that have their reference taken
607                 // must not take part in propagation.
608                 Self::remove_const(&mut self.ecx, place.local);
609
610                 return None;
611             }
612             Rvalue::ThreadLocalRef(def_id) => {
613                 trace!("skipping ThreadLocalRef({:?})", def_id);
614
615                 return None;
616             }
617
618             // There's no other checking to do at this time.
619             Rvalue::Aggregate(..)
620             | Rvalue::Use(..)
621             | Rvalue::CopyForDeref(..)
622             | Rvalue::Repeat(..)
623             | Rvalue::Len(..)
624             | Rvalue::Cast(..)
625             | Rvalue::ShallowInitBox(..)
626             | Rvalue::Discriminant(..)
627             | Rvalue::NullaryOp(..) => {}
628         }
629
630         // FIXME we need to revisit this for #67176
631         if rvalue.needs_subst() {
632             return None;
633         }
634         if !rvalue
635             .ty(&self.ecx.frame().body.local_decls, *self.ecx.tcx)
636             .is_sized(self.ecx.tcx, self.param_env)
637         {
638             // the interpreter doesn't support unsized locals (only unsized arguments),
639             // but rustc does (in a kinda broken way), so we have to skip them here
640             return None;
641         }
642
643         if self.tcx.sess.mir_opt_level() >= 4 {
644             self.eval_rvalue_with_identities(rvalue, place)
645         } else {
646             self.use_ecx(|this| this.ecx.eval_rvalue_into_place(rvalue, place))
647         }
648     }
649
650     // Attempt to use algebraic identities to eliminate constant expressions
651     fn eval_rvalue_with_identities(
652         &mut self,
653         rvalue: &Rvalue<'tcx>,
654         place: Place<'tcx>,
655     ) -> Option<()> {
656         self.use_ecx(|this| match rvalue {
657             Rvalue::BinaryOp(op, box (left, right))
658             | Rvalue::CheckedBinaryOp(op, box (left, right)) => {
659                 let l = this.ecx.eval_operand(left, None).and_then(|x| this.ecx.read_immediate(&x));
660                 let r =
661                     this.ecx.eval_operand(right, None).and_then(|x| this.ecx.read_immediate(&x));
662
663                 let const_arg = match (l, r) {
664                     (Ok(x), Err(_)) | (Err(_), Ok(x)) => x, // exactly one side is known
665                     (Err(e), Err(_)) => return Err(e),      // neither side is known
666                     (Ok(_), Ok(_)) => return this.ecx.eval_rvalue_into_place(rvalue, place), // both sides are known
667                 };
668
669                 if !matches!(const_arg.layout.abi, abi::Abi::Scalar(..)) {
670                     // We cannot handle Scalar Pair stuff.
671                     // No point in calling `eval_rvalue_into_place`, since only one side is known
672                     throw_machine_stop_str!("cannot optimize this")
673                 }
674
675                 let arg_value = const_arg.to_scalar().to_bits(const_arg.layout.size)?;
676                 let dest = this.ecx.eval_place(place)?;
677
678                 match op {
679                     BinOp::BitAnd if arg_value == 0 => this.ecx.write_immediate(*const_arg, &dest),
680                     BinOp::BitOr
681                         if arg_value == const_arg.layout.size.truncate(u128::MAX)
682                             || (const_arg.layout.ty.is_bool() && arg_value == 1) =>
683                     {
684                         this.ecx.write_immediate(*const_arg, &dest)
685                     }
686                     BinOp::Mul if const_arg.layout.ty.is_integral() && arg_value == 0 => {
687                         if let Rvalue::CheckedBinaryOp(_, _) = rvalue {
688                             let val = Immediate::ScalarPair(
689                                 const_arg.to_scalar().into(),
690                                 Scalar::from_bool(false).into(),
691                             );
692                             this.ecx.write_immediate(val, &dest)
693                         } else {
694                             this.ecx.write_immediate(*const_arg, &dest)
695                         }
696                     }
697                     _ => throw_machine_stop_str!("cannot optimize this"),
698                 }
699             }
700             _ => this.ecx.eval_rvalue_into_place(rvalue, place),
701         })
702     }
703
704     /// Creates a new `Operand::Constant` from a `Scalar` value
705     fn operand_from_scalar(&self, scalar: Scalar, ty: Ty<'tcx>, span: Span) -> Operand<'tcx> {
706         Operand::Constant(Box::new(Constant {
707             span,
708             user_ty: None,
709             literal: ConstantKind::from_scalar(self.tcx, scalar, ty),
710         }))
711     }
712
713     fn replace_with_const(
714         &mut self,
715         rval: &mut Rvalue<'tcx>,
716         value: &OpTy<'tcx>,
717         source_info: SourceInfo,
718     ) {
719         if let Rvalue::Use(Operand::Constant(c)) = rval {
720             match c.literal {
721                 ConstantKind::Ty(c) if matches!(c.kind(), ConstKind::Unevaluated(..)) => {}
722                 _ => {
723                     trace!("skipping replace of Rvalue::Use({:?} because it is already a const", c);
724                     return;
725                 }
726             }
727         }
728
729         trace!("attempting to replace {:?} with {:?}", rval, value);
730         if let Err(e) = self.ecx.const_validate_operand(
731             value,
732             vec![],
733             // FIXME: is ref tracking too expensive?
734             // FIXME: what is the point of ref tracking if we do not even check the tracked refs?
735             &mut interpret::RefTracking::empty(),
736             CtfeValidationMode::Regular,
737         ) {
738             trace!("validation error, attempt failed: {:?}", e);
739             return;
740         }
741
742         // FIXME> figure out what to do when read_immediate_raw fails
743         let imm = self.use_ecx(|this| this.ecx.read_immediate_raw(value));
744
745         if let Some(Ok(imm)) = imm {
746             match *imm {
747                 interpret::Immediate::Scalar(scalar) => {
748                     *rval = Rvalue::Use(self.operand_from_scalar(
749                         scalar,
750                         value.layout.ty,
751                         source_info.span,
752                     ));
753                 }
754                 Immediate::ScalarPair(..) => {
755                     // Found a value represented as a pair. For now only do const-prop if the type
756                     // of `rvalue` is also a tuple with two scalars.
757                     // FIXME: enable the general case stated above ^.
758                     let ty = value.layout.ty;
759                     // Only do it for tuples
760                     if let ty::Tuple(types) = ty.kind() {
761                         // Only do it if tuple is also a pair with two scalars
762                         if let [ty1, ty2] = types[..] {
763                             let alloc = self.use_ecx(|this| {
764                                 let ty_is_scalar = |ty| {
765                                     this.ecx.layout_of(ty).ok().map(|layout| layout.abi.is_scalar())
766                                         == Some(true)
767                                 };
768                                 if ty_is_scalar(ty1) && ty_is_scalar(ty2) {
769                                     let alloc = this
770                                         .ecx
771                                         .intern_with_temp_alloc(value.layout, |ecx, dest| {
772                                             ecx.write_immediate(*imm, dest)
773                                         })
774                                         .unwrap();
775                                     Ok(Some(alloc))
776                                 } else {
777                                     Ok(None)
778                                 }
779                             });
780
781                             if let Some(Some(alloc)) = alloc {
782                                 // Assign entire constant in a single statement.
783                                 // We can't use aggregates, as we run after the aggregate-lowering `MirPhase`.
784                                 let const_val = ConstValue::ByRef { alloc, offset: Size::ZERO };
785                                 let literal = ConstantKind::Val(const_val, ty);
786                                 *rval = Rvalue::Use(Operand::Constant(Box::new(Constant {
787                                     span: source_info.span,
788                                     user_ty: None,
789                                     literal,
790                                 })));
791                             }
792                         }
793                     }
794                 }
795                 // Scalars or scalar pairs that contain undef values are assumed to not have
796                 // successfully evaluated and are thus not propagated.
797                 _ => {}
798             }
799         }
800     }
801
802     /// Returns `true` if and only if this `op` should be const-propagated into.
803     fn should_const_prop(&mut self, op: &OpTy<'tcx>) -> bool {
804         if !self.tcx.consider_optimizing(|| format!("ConstantPropagation - OpTy: {:?}", op)) {
805             return false;
806         }
807
808         match **op {
809             interpret::Operand::Immediate(Immediate::Scalar(s)) => s.try_to_int().is_ok(),
810             interpret::Operand::Immediate(Immediate::ScalarPair(l, r)) => {
811                 l.try_to_int().is_ok() && r.try_to_int().is_ok()
812             }
813             _ => false,
814         }
815     }
816 }
817
818 /// The mode that `ConstProp` is allowed to run in for a given `Local`.
819 #[derive(Clone, Copy, Debug, PartialEq)]
820 pub enum ConstPropMode {
821     /// The `Local` can be propagated into and reads of this `Local` can also be propagated.
822     FullConstProp,
823     /// The `Local` can only be propagated into and from its own block.
824     OnlyInsideOwnBlock,
825     /// The `Local` can be propagated into but reads cannot be propagated.
826     OnlyPropagateInto,
827     /// The `Local` cannot be part of propagation at all. Any statement
828     /// referencing it either for reading or writing will not get propagated.
829     NoPropagation,
830 }
831
832 pub struct CanConstProp {
833     can_const_prop: IndexVec<Local, ConstPropMode>,
834     // False at the beginning. Once set, no more assignments are allowed to that local.
835     found_assignment: BitSet<Local>,
836     // Cache of locals' information
837     local_kinds: IndexVec<Local, LocalKind>,
838 }
839
840 impl CanConstProp {
841     /// Returns true if `local` can be propagated
842     pub fn check<'tcx>(
843         tcx: TyCtxt<'tcx>,
844         param_env: ParamEnv<'tcx>,
845         body: &Body<'tcx>,
846     ) -> IndexVec<Local, ConstPropMode> {
847         let mut cpv = CanConstProp {
848             can_const_prop: IndexVec::from_elem(ConstPropMode::FullConstProp, &body.local_decls),
849             found_assignment: BitSet::new_empty(body.local_decls.len()),
850             local_kinds: IndexVec::from_fn_n(
851                 |local| body.local_kind(local),
852                 body.local_decls.len(),
853             ),
854         };
855         for (local, val) in cpv.can_const_prop.iter_enumerated_mut() {
856             let ty = body.local_decls[local].ty;
857             match tcx.layout_of(param_env.and(ty)) {
858                 Ok(layout) if layout.size < Size::from_bytes(MAX_ALLOC_LIMIT) => {}
859                 // Either the layout fails to compute, then we can't use this local anyway
860                 // or the local is too large, then we don't want to.
861                 _ => {
862                     *val = ConstPropMode::NoPropagation;
863                     continue;
864                 }
865             }
866             // Cannot use args at all
867             // Cannot use locals because if x < y { y - x } else { x - y } would
868             //        lint for x != y
869             // FIXME(oli-obk): lint variables until they are used in a condition
870             // FIXME(oli-obk): lint if return value is constant
871             if cpv.local_kinds[local] == LocalKind::Arg {
872                 *val = ConstPropMode::OnlyPropagateInto;
873                 trace!(
874                     "local {:?} can't be const propagated because it's a function argument",
875                     local
876                 );
877             } else if cpv.local_kinds[local] == LocalKind::Var {
878                 *val = ConstPropMode::OnlyInsideOwnBlock;
879                 trace!(
880                     "local {:?} will only be propagated inside its block, because it's a user variable",
881                     local
882                 );
883             }
884         }
885         cpv.visit_body(&body);
886         cpv.can_const_prop
887     }
888 }
889
890 impl Visitor<'_> for CanConstProp {
891     fn visit_local(&mut self, local: Local, context: PlaceContext, _: Location) {
892         use rustc_middle::mir::visit::PlaceContext::*;
893         match context {
894             // Projections are fine, because `&mut foo.x` will be caught by
895             // `MutatingUseContext::Borrow` elsewhere.
896             MutatingUse(MutatingUseContext::Projection)
897             // These are just stores, where the storing is not propagatable, but there may be later
898             // mutations of the same local via `Store`
899             | MutatingUse(MutatingUseContext::Call)
900             | MutatingUse(MutatingUseContext::AsmOutput)
901             | MutatingUse(MutatingUseContext::Deinit)
902             // Actual store that can possibly even propagate a value
903             | MutatingUse(MutatingUseContext::Store)
904             | MutatingUse(MutatingUseContext::SetDiscriminant) => {
905                 if !self.found_assignment.insert(local) {
906                     match &mut self.can_const_prop[local] {
907                         // If the local can only get propagated in its own block, then we don't have
908                         // to worry about multiple assignments, as we'll nuke the const state at the
909                         // end of the block anyway, and inside the block we overwrite previous
910                         // states as applicable.
911                         ConstPropMode::OnlyInsideOwnBlock => {}
912                         ConstPropMode::NoPropagation => {}
913                         ConstPropMode::OnlyPropagateInto => {}
914                         other @ ConstPropMode::FullConstProp => {
915                             trace!(
916                                 "local {:?} can't be propagated because of multiple assignments. Previous state: {:?}",
917                                 local, other,
918                             );
919                             *other = ConstPropMode::OnlyInsideOwnBlock;
920                         }
921                     }
922                 }
923             }
924             // Reading constants is allowed an arbitrary number of times
925             NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::Copy)
926             | NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::Move)
927             | NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::Inspect)
928             | NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::Projection)
929             | NonUse(_) => {}
930
931             // These could be propagated with a smarter analysis or just some careful thinking about
932             // whether they'd be fine right now.
933             MutatingUse(MutatingUseContext::Yield)
934             | MutatingUse(MutatingUseContext::Drop)
935             | MutatingUse(MutatingUseContext::Retag)
936             // These can't ever be propagated under any scheme, as we can't reason about indirect
937             // mutation.
938             | NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::SharedBorrow)
939             | NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::ShallowBorrow)
940             | NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::UniqueBorrow)
941             | NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::AddressOf)
942             | MutatingUse(MutatingUseContext::Borrow)
943             | MutatingUse(MutatingUseContext::AddressOf) => {
944                 trace!("local {:?} can't be propagaged because it's used: {:?}", local, context);
945                 self.can_const_prop[local] = ConstPropMode::NoPropagation;
946             }
947         }
948     }
949 }
950
951 impl<'tcx> MutVisitor<'tcx> for ConstPropagator<'_, 'tcx> {
952     fn tcx(&self) -> TyCtxt<'tcx> {
953         self.tcx
954     }
955
956     fn visit_body(&mut self, body: &mut Body<'tcx>) {
957         for (bb, data) in body.basic_blocks.as_mut_preserves_cfg().iter_enumerated_mut() {
958             self.visit_basic_block_data(bb, data);
959         }
960     }
961
962     fn visit_operand(&mut self, operand: &mut Operand<'tcx>, location: Location) {
963         self.super_operand(operand, location);
964
965         // Only const prop copies and moves on `mir_opt_level=3` as doing so
966         // currently slightly increases compile time in some cases.
967         if self.tcx.sess.mir_opt_level() >= 3 {
968             self.propagate_operand(operand)
969         }
970     }
971
972     fn visit_constant(&mut self, constant: &mut Constant<'tcx>, location: Location) {
973         trace!("visit_constant: {:?}", constant);
974         self.super_constant(constant, location);
975         self.eval_constant(constant);
976     }
977
978     fn visit_statement(&mut self, statement: &mut Statement<'tcx>, location: Location) {
979         trace!("visit_statement: {:?}", statement);
980         let source_info = statement.source_info;
981         self.source_info = Some(source_info);
982         if let StatementKind::Assign(box (place, ref mut rval)) = statement.kind {
983             let can_const_prop = self.ecx.machine.can_const_prop[place.local];
984             if let Some(()) = self.const_prop(rval, place) {
985                 // This will return None if the above `const_prop` invocation only "wrote" a
986                 // type whose creation requires no write. E.g. a generator whose initial state
987                 // consists solely of uninitialized memory (so it doesn't capture any locals).
988                 if let Some(ref value) = self.get_const(place) && self.should_const_prop(value) {
989                     trace!("replacing {:?} with {:?}", rval, value);
990                     self.replace_with_const(rval, value, source_info);
991                     if can_const_prop == ConstPropMode::FullConstProp
992                         || can_const_prop == ConstPropMode::OnlyInsideOwnBlock
993                     {
994                         trace!("propagated into {:?}", place);
995                     }
996                 }
997                 match can_const_prop {
998                     ConstPropMode::OnlyInsideOwnBlock => {
999                         trace!(
1000                             "found local restricted to its block. \
1001                                 Will remove it from const-prop after block is finished. Local: {:?}",
1002                             place.local
1003                         );
1004                     }
1005                     ConstPropMode::OnlyPropagateInto | ConstPropMode::NoPropagation => {
1006                         trace!("can't propagate into {:?}", place);
1007                         if place.local != RETURN_PLACE {
1008                             Self::remove_const(&mut self.ecx, place.local);
1009                         }
1010                     }
1011                     ConstPropMode::FullConstProp => {}
1012                 }
1013             } else {
1014                 // Const prop failed, so erase the destination, ensuring that whatever happens
1015                 // from here on, does not know about the previous value.
1016                 // This is important in case we have
1017                 // ```rust
1018                 // let mut x = 42;
1019                 // x = SOME_MUTABLE_STATIC;
1020                 // // x must now be uninit
1021                 // ```
1022                 // FIXME: we overzealously erase the entire local, because that's easier to
1023                 // implement.
1024                 trace!(
1025                     "propagation into {:?} failed.
1026                         Nuking the entire site from orbit, it's the only way to be sure",
1027                     place,
1028                 );
1029                 Self::remove_const(&mut self.ecx, place.local);
1030             }
1031         } else {
1032             match statement.kind {
1033                 StatementKind::SetDiscriminant { ref place, .. } => {
1034                     match self.ecx.machine.can_const_prop[place.local] {
1035                         ConstPropMode::FullConstProp | ConstPropMode::OnlyInsideOwnBlock => {
1036                             if self.use_ecx(|this| this.ecx.statement(statement)).is_some() {
1037                                 trace!("propped discriminant into {:?}", place);
1038                             } else {
1039                                 Self::remove_const(&mut self.ecx, place.local);
1040                             }
1041                         }
1042                         ConstPropMode::OnlyPropagateInto | ConstPropMode::NoPropagation => {
1043                             Self::remove_const(&mut self.ecx, place.local);
1044                         }
1045                     }
1046                 }
1047                 StatementKind::StorageLive(local) | StatementKind::StorageDead(local) => {
1048                     let frame = self.ecx.frame_mut();
1049                     frame.locals[local].value =
1050                         if let StatementKind::StorageLive(_) = statement.kind {
1051                             LocalValue::Live(interpret::Operand::Immediate(
1052                                 interpret::Immediate::Uninit,
1053                             ))
1054                         } else {
1055                             LocalValue::Dead
1056                         };
1057                 }
1058                 _ => {}
1059             }
1060         }
1061
1062         self.super_statement(statement, location);
1063     }
1064
1065     fn visit_terminator(&mut self, terminator: &mut Terminator<'tcx>, location: Location) {
1066         let source_info = terminator.source_info;
1067         self.source_info = Some(source_info);
1068         self.super_terminator(terminator, location);
1069         // Do NOT early return in this function, it does some crucial fixup of the state at the end!
1070         match &mut terminator.kind {
1071             TerminatorKind::Assert { expected, ref mut cond, .. } => {
1072                 if let Some(ref value) = self.eval_operand(&cond) {
1073                     trace!("assertion on {:?} should be {:?}", value, expected);
1074                     let expected = Scalar::from_bool(*expected);
1075                     // FIXME should be used use_ecx rather than a local match... but we have
1076                     // quite a few of these read_scalar/read_immediate that need fixing.
1077                     if let Ok(value_const) = self.ecx.read_scalar(&value) {
1078                         if expected != value_const {
1079                             // Poison all places this operand references so that further code
1080                             // doesn't use the invalid value
1081                             match cond {
1082                                 Operand::Move(ref place) | Operand::Copy(ref place) => {
1083                                     Self::remove_const(&mut self.ecx, place.local);
1084                                 }
1085                                 Operand::Constant(_) => {}
1086                             }
1087                         } else {
1088                             if self.should_const_prop(value) {
1089                                 *cond = self.operand_from_scalar(
1090                                     value_const,
1091                                     self.tcx.types.bool,
1092                                     source_info.span,
1093                                 );
1094                             }
1095                         }
1096                     }
1097                 }
1098             }
1099             TerminatorKind::SwitchInt { ref mut discr, .. } => {
1100                 // FIXME: This is currently redundant with `visit_operand`, but sadly
1101                 // always visiting operands currently causes a perf regression in LLVM codegen, so
1102                 // `visit_operand` currently only runs for propagates places for `mir_opt_level=4`.
1103                 self.propagate_operand(discr)
1104             }
1105             // None of these have Operands to const-propagate.
1106             TerminatorKind::Goto { .. }
1107             | TerminatorKind::Resume
1108             | TerminatorKind::Abort
1109             | TerminatorKind::Return
1110             | TerminatorKind::Unreachable
1111             | TerminatorKind::Drop { .. }
1112             | TerminatorKind::DropAndReplace { .. }
1113             | TerminatorKind::Yield { .. }
1114             | TerminatorKind::GeneratorDrop
1115             | TerminatorKind::FalseEdge { .. }
1116             | TerminatorKind::FalseUnwind { .. }
1117             | TerminatorKind::InlineAsm { .. } => {}
1118             // Every argument in our function calls have already been propagated in `visit_operand`.
1119             //
1120             // NOTE: because LLVM codegen gives slight performance regressions with it, so this is
1121             // gated on `mir_opt_level=3`.
1122             TerminatorKind::Call { .. } => {}
1123         }
1124
1125         // We remove all Locals which are restricted in propagation to their containing blocks and
1126         // which were modified in the current block.
1127         // Take it out of the ecx so we can get a mutable reference to the ecx for `remove_const`.
1128         let mut locals = std::mem::take(&mut self.ecx.machine.written_only_inside_own_block_locals);
1129         for &local in locals.iter() {
1130             Self::remove_const(&mut self.ecx, local);
1131         }
1132         locals.clear();
1133         // Put it back so we reuse the heap of the storage
1134         self.ecx.machine.written_only_inside_own_block_locals = locals;
1135         if cfg!(debug_assertions) {
1136             // Ensure we are correctly erasing locals with the non-debug-assert logic.
1137             for local in self.ecx.machine.only_propagate_inside_block_locals.iter() {
1138                 assert!(
1139                     self.get_const(local.into()).is_none()
1140                         || self
1141                             .layout_of(self.local_decls[local].ty)
1142                             .map_or(true, |layout| layout.is_zst())
1143                 )
1144             }
1145         }
1146     }
1147 }