]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - compiler/rustc_mir_transform/src/const_prop.rs
Make verbose query description more useful.
[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 either::Right;
7
8 use rustc_ast::Mutability;
9 use rustc_data_structures::fx::FxHashSet;
10 use rustc_hir::def::DefKind;
11 use rustc_index::bit_set::BitSet;
12 use rustc_index::vec::IndexVec;
13 use rustc_middle::mir::visit::{
14     MutVisitor, MutatingUseContext, NonMutatingUseContext, PlaceContext, Visitor,
15 };
16 use rustc_middle::mir::{
17     BasicBlock, BinOp, Body, Constant, ConstantKind, Local, LocalDecl, LocalKind, Location,
18     Operand, Place, Rvalue, SourceInfo, Statement, StatementKind, Terminator, TerminatorKind, UnOp,
19     RETURN_PLACE,
20 };
21 use rustc_middle::ty::layout::{LayoutError, LayoutOf, LayoutOfHelpers, TyAndLayout};
22 use rustc_middle::ty::InternalSubsts;
23 use rustc_middle::ty::{self, ConstKind, Instance, ParamEnv, Ty, TyCtxt, TypeVisitable};
24 use rustc_span::{def_id::DefId, Span};
25 use rustc_target::abi::{self, HasDataLayout, Size, TargetDataLayout};
26 use rustc_target::spec::abi::Abi as CallAbi;
27 use rustc_trait_selection::traits;
28
29 use crate::MirPass;
30 use rustc_const_eval::interpret::{
31     self, compile_time_machine, AllocId, ConstAllocation, ConstValue, CtfeValidationMode, Frame,
32     ImmTy, Immediate, InterpCx, InterpResult, LocalState, LocalValue, MemoryKind, OpTy, PlaceTy,
33     Pointer, Scalar, StackPopCleanup, StackPopUnwind,
34 };
35
36 /// The maximum number of bytes that we'll allocate space for a local or the return value.
37 /// Needed for #66397, because otherwise we eval into large places and that can cause OOM or just
38 /// Severely regress performance.
39 const MAX_ALLOC_LIMIT: u64 = 1024;
40
41 /// Macro for machine-specific `InterpError` without allocation.
42 /// (These will never be shown to the user, but they help diagnose ICEs.)
43 macro_rules! throw_machine_stop_str {
44     ($($tt:tt)*) => {{
45         // We make a new local type for it. The type itself does not carry any information,
46         // but its vtable (for the `MachineStopType` trait) does.
47         struct Zst;
48         // Printing this type shows the desired string.
49         impl std::fmt::Display for Zst {
50             fn fmt(&self, f: &mut std::fmt::Formatter<'_>) -> std::fmt::Result {
51                 write!(f, $($tt)*)
52             }
53         }
54         impl rustc_middle::mir::interpret::MachineStopType for Zst {}
55         throw_machine_stop!(Zst)
56     }};
57 }
58
59 pub struct ConstProp;
60
61 impl<'tcx> MirPass<'tcx> for ConstProp {
62     fn is_enabled(&self, sess: &rustc_session::Session) -> bool {
63         sess.mir_opt_level() >= 1
64     }
65
66     #[instrument(skip(self, tcx), level = "debug")]
67     fn run_pass(&self, tcx: TyCtxt<'tcx>, body: &mut Body<'tcx>) {
68         // will be evaluated by miri and produce its errors there
69         if body.source.promoted.is_some() {
70             return;
71         }
72
73         let def_id = body.source.def_id().expect_local();
74         let def_kind = tcx.def_kind(def_id);
75         let is_fn_like = def_kind.is_fn_like();
76         let is_assoc_const = def_kind == DefKind::AssocConst;
77
78         // Only run const prop on functions, methods, closures and associated constants
79         if !is_fn_like && !is_assoc_const {
80             // skip anon_const/statics/consts because they'll be evaluated by miri anyway
81             trace!("ConstProp skipped for {:?}", def_id);
82             return;
83         }
84
85         let is_generator = tcx.type_of(def_id.to_def_id()).is_generator();
86         // FIXME(welseywiser) const prop doesn't work on generators because of query cycles
87         // computing their layout.
88         if is_generator {
89             trace!("ConstProp skipped for generator {:?}", def_id);
90             return;
91         }
92
93         // Check if it's even possible to satisfy the 'where' clauses
94         // for this item.
95         // This branch will never be taken for any normal function.
96         // However, it's possible to `#!feature(trivial_bounds)]` to write
97         // a function with impossible to satisfy clauses, e.g.:
98         // `fn foo() where String: Copy {}`
99         //
100         // We don't usually need to worry about this kind of case,
101         // since we would get a compilation error if the user tried
102         // to call it. However, since we can do const propagation
103         // even without any calls to the function, we need to make
104         // sure that it even makes sense to try to evaluate the body.
105         // If there are unsatisfiable where clauses, then all bets are
106         // off, and we just give up.
107         //
108         // We manually filter the predicates, skipping anything that's not
109         // "global". We are in a potentially generic context
110         // (e.g. we are evaluating a function without substituting generic
111         // parameters, so this filtering serves two purposes:
112         //
113         // 1. We skip evaluating any predicates that we would
114         // never be able prove are unsatisfiable (e.g. `<T as Foo>`
115         // 2. We avoid trying to normalize predicates involving generic
116         // parameters (e.g. `<T as Foo>::MyItem`). This can confuse
117         // the normalization code (leading to cycle errors), since
118         // it's usually never invoked in this way.
119         let predicates = tcx
120             .predicates_of(def_id.to_def_id())
121             .predicates
122             .iter()
123             .filter_map(|(p, _)| if p.is_global() { Some(*p) } else { None });
124         if traits::impossible_predicates(
125             tcx,
126             traits::elaborate_predicates(tcx, predicates).map(|o| o.predicate).collect(),
127         ) {
128             trace!("ConstProp skipped for {:?}: found unsatisfiable predicates", def_id);
129             return;
130         }
131
132         trace!("ConstProp starting for {:?}", def_id);
133
134         let dummy_body = &Body::new(
135             body.source,
136             (*body.basic_blocks).clone(),
137             body.source_scopes.clone(),
138             body.local_decls.clone(),
139             Default::default(),
140             body.arg_count,
141             Default::default(),
142             body.span,
143             body.generator_kind(),
144             body.tainted_by_errors,
145         );
146
147         // FIXME(oli-obk, eddyb) Optimize locals (or even local paths) to hold
148         // constants, instead of just checking for const-folding succeeding.
149         // That would require a uniform one-def no-mutation analysis
150         // and RPO (or recursing when needing the value of a local).
151         let mut optimization_finder = ConstPropagator::new(body, dummy_body, tcx);
152         optimization_finder.visit_body(body);
153
154         trace!("ConstProp done for {:?}", def_id);
155     }
156 }
157
158 pub struct ConstPropMachine<'mir, 'tcx> {
159     /// The virtual call stack.
160     stack: Vec<Frame<'mir, 'tcx>>,
161     /// `OnlyInsideOwnBlock` locals that were written in the current block get erased at the end.
162     pub written_only_inside_own_block_locals: FxHashSet<Local>,
163     /// Locals that need to be cleared after every block terminates.
164     pub only_propagate_inside_block_locals: BitSet<Local>,
165     pub can_const_prop: IndexVec<Local, ConstPropMode>,
166 }
167
168 impl ConstPropMachine<'_, '_> {
169     pub fn new(
170         only_propagate_inside_block_locals: BitSet<Local>,
171         can_const_prop: IndexVec<Local, ConstPropMode>,
172     ) -> Self {
173         Self {
174             stack: Vec::new(),
175             written_only_inside_own_block_locals: Default::default(),
176             only_propagate_inside_block_locals,
177             can_const_prop,
178         }
179     }
180 }
181
182 impl<'mir, 'tcx> interpret::Machine<'mir, 'tcx> for ConstPropMachine<'mir, 'tcx> {
183     compile_time_machine!(<'mir, 'tcx>);
184     const PANIC_ON_ALLOC_FAIL: bool = true; // all allocations are small (see `MAX_ALLOC_LIMIT`)
185
186     type MemoryKind = !;
187
188     #[inline(always)]
189     fn enforce_alignment(_ecx: &InterpCx<'mir, 'tcx, Self>) -> bool {
190         // We do not check for alignment to avoid having to carry an `Align`
191         // in `ConstValue::ByRef`.
192         false
193     }
194
195     #[inline(always)]
196     fn enforce_validity(_ecx: &InterpCx<'mir, 'tcx, Self>) -> bool {
197         false // for now, we don't enforce validity
198     }
199
200     fn load_mir(
201         _ecx: &InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
202         _instance: ty::InstanceDef<'tcx>,
203     ) -> InterpResult<'tcx, &'tcx Body<'tcx>> {
204         throw_machine_stop_str!("calling functions isn't supported in ConstProp")
205     }
206
207     fn find_mir_or_eval_fn(
208         _ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
209         _instance: ty::Instance<'tcx>,
210         _abi: CallAbi,
211         _args: &[OpTy<'tcx>],
212         _destination: &PlaceTy<'tcx>,
213         _target: Option<BasicBlock>,
214         _unwind: StackPopUnwind,
215     ) -> InterpResult<'tcx, Option<(&'mir Body<'tcx>, ty::Instance<'tcx>)>> {
216         Ok(None)
217     }
218
219     fn call_intrinsic(
220         _ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
221         _instance: ty::Instance<'tcx>,
222         _args: &[OpTy<'tcx>],
223         _destination: &PlaceTy<'tcx>,
224         _target: Option<BasicBlock>,
225         _unwind: StackPopUnwind,
226     ) -> InterpResult<'tcx> {
227         throw_machine_stop_str!("calling intrinsics isn't supported in ConstProp")
228     }
229
230     fn assert_panic(
231         _ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
232         _msg: &rustc_middle::mir::AssertMessage<'tcx>,
233         _unwind: Option<rustc_middle::mir::BasicBlock>,
234     ) -> InterpResult<'tcx> {
235         bug!("panics terminators are not evaluated in ConstProp")
236     }
237
238     fn binary_ptr_op(
239         _ecx: &InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
240         _bin_op: BinOp,
241         _left: &ImmTy<'tcx>,
242         _right: &ImmTy<'tcx>,
243     ) -> InterpResult<'tcx, (Scalar, bool, Ty<'tcx>)> {
244         // We can't do this because aliasing of memory can differ between const eval and llvm
245         throw_machine_stop_str!("pointer arithmetic or comparisons aren't supported in ConstProp")
246     }
247
248     fn access_local_mut<'a>(
249         ecx: &'a mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
250         frame: usize,
251         local: Local,
252     ) -> InterpResult<'tcx, &'a mut interpret::Operand<Self::Provenance>> {
253         if ecx.machine.can_const_prop[local] == ConstPropMode::NoPropagation {
254             throw_machine_stop_str!("tried to write to a local that is marked as not propagatable")
255         }
256         if frame == 0 && ecx.machine.only_propagate_inside_block_locals.contains(local) {
257             trace!(
258                 "mutating local {:?} which is restricted to its block. \
259                 Will remove it from const-prop after block is finished.",
260                 local
261             );
262             ecx.machine.written_only_inside_own_block_locals.insert(local);
263         }
264         ecx.machine.stack[frame].locals[local].access_mut()
265     }
266
267     fn before_access_global(
268         _tcx: TyCtxt<'tcx>,
269         _machine: &Self,
270         _alloc_id: AllocId,
271         alloc: ConstAllocation<'tcx>,
272         _static_def_id: Option<DefId>,
273         is_write: bool,
274     ) -> InterpResult<'tcx> {
275         if is_write {
276             throw_machine_stop_str!("can't write to global");
277         }
278         // If the static allocation is mutable, then we can't const prop it as its content
279         // might be different at runtime.
280         if alloc.inner().mutability == Mutability::Mut {
281             throw_machine_stop_str!("can't access mutable globals in ConstProp");
282         }
283
284         Ok(())
285     }
286
287     #[inline(always)]
288     fn expose_ptr(
289         _ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
290         _ptr: Pointer<AllocId>,
291     ) -> InterpResult<'tcx> {
292         throw_machine_stop_str!("exposing pointers isn't supported in ConstProp")
293     }
294
295     #[inline(always)]
296     fn init_frame_extra(
297         _ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
298         frame: Frame<'mir, 'tcx>,
299     ) -> InterpResult<'tcx, Frame<'mir, 'tcx>> {
300         Ok(frame)
301     }
302
303     #[inline(always)]
304     fn stack<'a>(
305         ecx: &'a InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
306     ) -> &'a [Frame<'mir, 'tcx, Self::Provenance, Self::FrameExtra>] {
307         &ecx.machine.stack
308     }
309
310     #[inline(always)]
311     fn stack_mut<'a>(
312         ecx: &'a mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
313     ) -> &'a mut Vec<Frame<'mir, 'tcx, Self::Provenance, Self::FrameExtra>> {
314         &mut ecx.machine.stack
315     }
316 }
317
318 /// Finds optimization opportunities on the MIR.
319 struct ConstPropagator<'mir, 'tcx> {
320     ecx: InterpCx<'mir, 'tcx, ConstPropMachine<'mir, 'tcx>>,
321     tcx: TyCtxt<'tcx>,
322     param_env: ParamEnv<'tcx>,
323     local_decls: &'mir IndexVec<Local, LocalDecl<'tcx>>,
324     // Because we have `MutVisitor` we can't obtain the `SourceInfo` from a `Location`. So we store
325     // the last known `SourceInfo` here and just keep revisiting it.
326     source_info: Option<SourceInfo>,
327 }
328
329 impl<'tcx> LayoutOfHelpers<'tcx> for ConstPropagator<'_, 'tcx> {
330     type LayoutOfResult = Result<TyAndLayout<'tcx>, LayoutError<'tcx>>;
331
332     #[inline]
333     fn handle_layout_err(&self, err: LayoutError<'tcx>, _: Span, _: Ty<'tcx>) -> LayoutError<'tcx> {
334         err
335     }
336 }
337
338 impl HasDataLayout for ConstPropagator<'_, '_> {
339     #[inline]
340     fn data_layout(&self) -> &TargetDataLayout {
341         &self.tcx.data_layout
342     }
343 }
344
345 impl<'tcx> ty::layout::HasTyCtxt<'tcx> for ConstPropagator<'_, 'tcx> {
346     #[inline]
347     fn tcx(&self) -> TyCtxt<'tcx> {
348         self.tcx
349     }
350 }
351
352 impl<'tcx> ty::layout::HasParamEnv<'tcx> for ConstPropagator<'_, 'tcx> {
353     #[inline]
354     fn param_env(&self) -> ty::ParamEnv<'tcx> {
355         self.param_env
356     }
357 }
358
359 impl<'mir, 'tcx> ConstPropagator<'mir, 'tcx> {
360     fn new(
361         body: &Body<'tcx>,
362         dummy_body: &'mir Body<'tcx>,
363         tcx: TyCtxt<'tcx>,
364     ) -> ConstPropagator<'mir, 'tcx> {
365         let def_id = body.source.def_id();
366         let substs = &InternalSubsts::identity_for_item(tcx, def_id);
367         let param_env = tcx.param_env_reveal_all_normalized(def_id);
368
369         let can_const_prop = CanConstProp::check(tcx, param_env, body);
370         let mut only_propagate_inside_block_locals = BitSet::new_empty(can_const_prop.len());
371         for (l, mode) in can_const_prop.iter_enumerated() {
372             if *mode == ConstPropMode::OnlyInsideOwnBlock {
373                 only_propagate_inside_block_locals.insert(l);
374             }
375         }
376         let mut ecx = InterpCx::new(
377             tcx,
378             tcx.def_span(def_id),
379             param_env,
380             ConstPropMachine::new(only_propagate_inside_block_locals, can_const_prop),
381         );
382
383         let ret_layout = ecx
384             .layout_of(body.bound_return_ty().subst(tcx, substs))
385             .ok()
386             // Don't bother allocating memory for large values.
387             // I don't know how return types can seem to be unsized but this happens in the
388             // `type/type-unsatisfiable.rs` test.
389             .filter(|ret_layout| {
390                 ret_layout.is_sized() && ret_layout.size < Size::from_bytes(MAX_ALLOC_LIMIT)
391             })
392             .unwrap_or_else(|| ecx.layout_of(tcx.types.unit).unwrap());
393
394         let ret = ecx
395             .allocate(ret_layout, MemoryKind::Stack)
396             .expect("couldn't perform small allocation")
397             .into();
398
399         ecx.push_stack_frame(
400             Instance::new(def_id, substs),
401             dummy_body,
402             &ret,
403             StackPopCleanup::Root { cleanup: false },
404         )
405         .expect("failed to push initial stack frame");
406
407         ConstPropagator {
408             ecx,
409             tcx,
410             param_env,
411             local_decls: &dummy_body.local_decls,
412             source_info: None,
413         }
414     }
415
416     fn get_const(&self, place: Place<'tcx>) -> Option<OpTy<'tcx>> {
417         let op = match self.ecx.eval_place_to_op(place, None) {
418             Ok(op) => {
419                 if matches!(*op, interpret::Operand::Immediate(Immediate::Uninit)) {
420                     // Make sure nobody accidentally uses this value.
421                     return None;
422                 }
423                 op
424             }
425             Err(e) => {
426                 trace!("get_const failed: {}", e);
427                 return None;
428             }
429         };
430
431         // Try to read the local as an immediate so that if it is representable as a scalar, we can
432         // handle it as such, but otherwise, just return the value as is.
433         Some(match self.ecx.read_immediate_raw(&op) {
434             Ok(Right(imm)) => imm.into(),
435             _ => op,
436         })
437     }
438
439     /// Remove `local` from the pool of `Locals`. Allows writing to them,
440     /// but not reading from them anymore.
441     fn remove_const(ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, ConstPropMachine<'mir, 'tcx>>, local: Local) {
442         ecx.frame_mut().locals[local] = LocalState {
443             value: LocalValue::Live(interpret::Operand::Immediate(interpret::Immediate::Uninit)),
444             layout: Cell::new(None),
445         };
446     }
447
448     fn use_ecx<F, T>(&mut self, f: F) -> Option<T>
449     where
450         F: FnOnce(&mut Self) -> InterpResult<'tcx, T>,
451     {
452         match f(self) {
453             Ok(val) => Some(val),
454             Err(error) => {
455                 trace!("InterpCx operation failed: {:?}", error);
456                 // Some errors shouldn't come up because creating them causes
457                 // an allocation, which we should avoid. When that happens,
458                 // dedicated error variants should be introduced instead.
459                 assert!(
460                     !error.kind().formatted_string(),
461                     "const-prop encountered formatting error: {}",
462                     error
463                 );
464                 None
465             }
466         }
467     }
468
469     /// Returns the value, if any, of evaluating `c`.
470     fn eval_constant(&mut self, c: &Constant<'tcx>) -> Option<OpTy<'tcx>> {
471         // FIXME we need to revisit this for #67176
472         if c.needs_subst() {
473             return None;
474         }
475
476         // No span, we don't want errors to be shown.
477         self.ecx.eval_mir_constant(&c.literal, None, None).ok()
478     }
479
480     /// Returns the value, if any, of evaluating `place`.
481     fn eval_place(&mut self, place: Place<'tcx>) -> Option<OpTy<'tcx>> {
482         trace!("eval_place(place={:?})", place);
483         self.use_ecx(|this| this.ecx.eval_place_to_op(place, None))
484     }
485
486     /// Returns the value, if any, of evaluating `op`. Calls upon `eval_constant`
487     /// or `eval_place`, depending on the variant of `Operand` used.
488     fn eval_operand(&mut self, op: &Operand<'tcx>) -> Option<OpTy<'tcx>> {
489         match *op {
490             Operand::Constant(ref c) => self.eval_constant(c),
491             Operand::Move(place) | Operand::Copy(place) => self.eval_place(place),
492         }
493     }
494
495     fn check_unary_op(&mut self, op: UnOp, arg: &Operand<'tcx>) -> Option<()> {
496         if self.use_ecx(|this| {
497             let val = this.ecx.read_immediate(&this.ecx.eval_operand(arg, None)?)?;
498             let (_res, overflow, _ty) = this.ecx.overflowing_unary_op(op, &val)?;
499             Ok(overflow)
500         })? {
501             // `AssertKind` only has an `OverflowNeg` variant, so make sure that is
502             // appropriate to use.
503             assert_eq!(op, UnOp::Neg, "Neg is the only UnOp that can overflow");
504             return None;
505         }
506
507         Some(())
508     }
509
510     fn check_binary_op(
511         &mut self,
512         op: BinOp,
513         left: &Operand<'tcx>,
514         right: &Operand<'tcx>,
515     ) -> Option<()> {
516         let r = self.use_ecx(|this| this.ecx.read_immediate(&this.ecx.eval_operand(right, None)?));
517         let l = self.use_ecx(|this| this.ecx.read_immediate(&this.ecx.eval_operand(left, None)?));
518         // Check for exceeding shifts *even if* we cannot evaluate the LHS.
519         if op == BinOp::Shr || op == BinOp::Shl {
520             let r = r.clone()?;
521             // We need the type of the LHS. We cannot use `place_layout` as that is the type
522             // of the result, which for checked binops is not the same!
523             let left_ty = left.ty(self.local_decls, self.tcx);
524             let left_size = self.ecx.layout_of(left_ty).ok()?.size;
525             let right_size = r.layout.size;
526             let r_bits = r.to_scalar().to_bits(right_size).ok();
527             if r_bits.map_or(false, |b| b >= left_size.bits() as u128) {
528                 return None;
529             }
530         }
531
532         if let (Some(l), Some(r)) = (&l, &r) {
533             // The remaining operators are handled through `overflowing_binary_op`.
534             if self.use_ecx(|this| {
535                 let (_res, overflow, _ty) = this.ecx.overflowing_binary_op(op, l, r)?;
536                 Ok(overflow)
537             })? {
538                 return None;
539             }
540         }
541         Some(())
542     }
543
544     fn propagate_operand(&mut self, operand: &mut Operand<'tcx>) {
545         match *operand {
546             Operand::Copy(l) | Operand::Move(l) => {
547                 if let Some(value) = self.get_const(l) && self.should_const_prop(&value) {
548                     // FIXME(felix91gr): this code only handles `Scalar` cases.
549                     // For now, we're not handling `ScalarPair` cases because
550                     // doing so here would require a lot of code duplication.
551                     // We should hopefully generalize `Operand` handling into a fn,
552                     // and use it to do const-prop here and everywhere else
553                     // where it makes sense.
554                     if let interpret::Operand::Immediate(interpret::Immediate::Scalar(
555                         scalar,
556                     )) = *value
557                     {
558                         *operand = self.operand_from_scalar(
559                             scalar,
560                             value.layout.ty,
561                             self.source_info.unwrap().span,
562                         );
563                     }
564                 }
565             }
566             Operand::Constant(_) => (),
567         }
568     }
569
570     fn const_prop(&mut self, rvalue: &Rvalue<'tcx>, place: Place<'tcx>) -> Option<()> {
571         // Perform any special handling for specific Rvalue types.
572         // Generally, checks here fall into one of two categories:
573         //   1. Additional checking to provide useful lints to the user
574         //        - In this case, we will do some validation and then fall through to the
575         //          end of the function which evals the assignment.
576         //   2. Working around bugs in other parts of the compiler
577         //        - In this case, we'll return `None` from this function to stop evaluation.
578         match rvalue {
579             // Additional checking: give lints to the user if an overflow would occur.
580             // We do this here and not in the `Assert` terminator as that terminator is
581             // only sometimes emitted (overflow checks can be disabled), but we want to always
582             // lint.
583             Rvalue::UnaryOp(op, arg) => {
584                 trace!("checking UnaryOp(op = {:?}, arg = {:?})", op, arg);
585                 self.check_unary_op(*op, arg)?;
586             }
587             Rvalue::BinaryOp(op, box (left, right)) => {
588                 trace!("checking BinaryOp(op = {:?}, left = {:?}, right = {:?})", op, left, right);
589                 self.check_binary_op(*op, left, right)?;
590             }
591             Rvalue::CheckedBinaryOp(op, box (left, right)) => {
592                 trace!(
593                     "checking CheckedBinaryOp(op = {:?}, left = {:?}, right = {:?})",
594                     op,
595                     left,
596                     right
597                 );
598                 self.check_binary_op(*op, left, right)?;
599             }
600
601             // Do not try creating references (#67862)
602             Rvalue::AddressOf(_, place) | Rvalue::Ref(_, _, place) => {
603                 trace!("skipping AddressOf | Ref for {:?}", place);
604
605                 // This may be creating mutable references or immutable references to cells.
606                 // If that happens, the pointed to value could be mutated via that reference.
607                 // Since we aren't tracking references, the const propagator loses track of what
608                 // value the local has right now.
609                 // Thus, all locals that have their reference taken
610                 // must not take part in propagation.
611                 Self::remove_const(&mut self.ecx, place.local);
612
613                 return None;
614             }
615             Rvalue::ThreadLocalRef(def_id) => {
616                 trace!("skipping ThreadLocalRef({:?})", def_id);
617
618                 return None;
619             }
620
621             // There's no other checking to do at this time.
622             Rvalue::Aggregate(..)
623             | Rvalue::Use(..)
624             | Rvalue::CopyForDeref(..)
625             | Rvalue::Repeat(..)
626             | Rvalue::Len(..)
627             | Rvalue::Cast(..)
628             | Rvalue::ShallowInitBox(..)
629             | Rvalue::Discriminant(..)
630             | Rvalue::NullaryOp(..) => {}
631         }
632
633         // FIXME we need to revisit this for #67176
634         if rvalue.needs_subst() {
635             return None;
636         }
637         if !rvalue
638             .ty(&self.ecx.frame().body.local_decls, *self.ecx.tcx)
639             .is_sized(*self.ecx.tcx, self.param_env)
640         {
641             // the interpreter doesn't support unsized locals (only unsized arguments),
642             // but rustc does (in a kinda broken way), so we have to skip them here
643             return None;
644         }
645
646         if self.tcx.sess.mir_opt_level() >= 4 {
647             self.eval_rvalue_with_identities(rvalue, place)
648         } else {
649             self.use_ecx(|this| this.ecx.eval_rvalue_into_place(rvalue, place))
650         }
651     }
652
653     // Attempt to use algebraic identities to eliminate constant expressions
654     fn eval_rvalue_with_identities(
655         &mut self,
656         rvalue: &Rvalue<'tcx>,
657         place: Place<'tcx>,
658     ) -> Option<()> {
659         self.use_ecx(|this| match rvalue {
660             Rvalue::BinaryOp(op, box (left, right))
661             | Rvalue::CheckedBinaryOp(op, box (left, right)) => {
662                 let l = this.ecx.eval_operand(left, None).and_then(|x| this.ecx.read_immediate(&x));
663                 let r =
664                     this.ecx.eval_operand(right, None).and_then(|x| this.ecx.read_immediate(&x));
665
666                 let const_arg = match (l, r) {
667                     (Ok(x), Err(_)) | (Err(_), Ok(x)) => x, // exactly one side is known
668                     (Err(e), Err(_)) => return Err(e),      // neither side is known
669                     (Ok(_), Ok(_)) => return this.ecx.eval_rvalue_into_place(rvalue, place), // both sides are known
670                 };
671
672                 if !matches!(const_arg.layout.abi, abi::Abi::Scalar(..)) {
673                     // We cannot handle Scalar Pair stuff.
674                     // No point in calling `eval_rvalue_into_place`, since only one side is known
675                     throw_machine_stop_str!("cannot optimize this")
676                 }
677
678                 let arg_value = const_arg.to_scalar().to_bits(const_arg.layout.size)?;
679                 let dest = this.ecx.eval_place(place)?;
680
681                 match op {
682                     BinOp::BitAnd if arg_value == 0 => this.ecx.write_immediate(*const_arg, &dest),
683                     BinOp::BitOr
684                         if arg_value == const_arg.layout.size.truncate(u128::MAX)
685                             || (const_arg.layout.ty.is_bool() && arg_value == 1) =>
686                     {
687                         this.ecx.write_immediate(*const_arg, &dest)
688                     }
689                     BinOp::Mul if const_arg.layout.ty.is_integral() && arg_value == 0 => {
690                         if let Rvalue::CheckedBinaryOp(_, _) = rvalue {
691                             let val = Immediate::ScalarPair(
692                                 const_arg.to_scalar().into(),
693                                 Scalar::from_bool(false).into(),
694                             );
695                             this.ecx.write_immediate(val, &dest)
696                         } else {
697                             this.ecx.write_immediate(*const_arg, &dest)
698                         }
699                     }
700                     _ => throw_machine_stop_str!("cannot optimize this"),
701                 }
702             }
703             _ => this.ecx.eval_rvalue_into_place(rvalue, place),
704         })
705     }
706
707     /// Creates a new `Operand::Constant` from a `Scalar` value
708     fn operand_from_scalar(&self, scalar: Scalar, ty: Ty<'tcx>, span: Span) -> Operand<'tcx> {
709         Operand::Constant(Box::new(Constant {
710             span,
711             user_ty: None,
712             literal: ConstantKind::from_scalar(self.tcx, scalar, ty),
713         }))
714     }
715
716     fn replace_with_const(
717         &mut self,
718         rval: &mut Rvalue<'tcx>,
719         value: &OpTy<'tcx>,
720         source_info: SourceInfo,
721     ) {
722         if let Rvalue::Use(Operand::Constant(c)) = rval {
723             match c.literal {
724                 ConstantKind::Ty(c) if matches!(c.kind(), ConstKind::Unevaluated(..)) => {}
725                 _ => {
726                     trace!("skipping replace of Rvalue::Use({:?} because it is already a const", c);
727                     return;
728                 }
729             }
730         }
731
732         trace!("attempting to replace {:?} with {:?}", rval, value);
733         if let Err(e) = self.ecx.const_validate_operand(
734             value,
735             vec![],
736             // FIXME: is ref tracking too expensive?
737             // FIXME: what is the point of ref tracking if we do not even check the tracked refs?
738             &mut interpret::RefTracking::empty(),
739             CtfeValidationMode::Regular,
740         ) {
741             trace!("validation error, attempt failed: {:?}", e);
742             return;
743         }
744
745         // FIXME> figure out what to do when read_immediate_raw fails
746         let imm = self.use_ecx(|this| this.ecx.read_immediate_raw(value));
747
748         if let Some(Right(imm)) = imm {
749             match *imm {
750                 interpret::Immediate::Scalar(scalar) => {
751                     *rval = Rvalue::Use(self.operand_from_scalar(
752                         scalar,
753                         value.layout.ty,
754                         source_info.span,
755                     ));
756                 }
757                 Immediate::ScalarPair(..) => {
758                     // Found a value represented as a pair. For now only do const-prop if the type
759                     // of `rvalue` is also a tuple with two scalars.
760                     // FIXME: enable the general case stated above ^.
761                     let ty = value.layout.ty;
762                     // Only do it for tuples
763                     if let ty::Tuple(types) = ty.kind() {
764                         // Only do it if tuple is also a pair with two scalars
765                         if let [ty1, ty2] = types[..] {
766                             let alloc = self.use_ecx(|this| {
767                                 let ty_is_scalar = |ty| {
768                                     this.ecx.layout_of(ty).ok().map(|layout| layout.abi.is_scalar())
769                                         == Some(true)
770                                 };
771                                 if ty_is_scalar(ty1) && ty_is_scalar(ty2) {
772                                     let alloc = this
773                                         .ecx
774                                         .intern_with_temp_alloc(value.layout, |ecx, dest| {
775                                             ecx.write_immediate(*imm, dest)
776                                         })
777                                         .unwrap();
778                                     Ok(Some(alloc))
779                                 } else {
780                                     Ok(None)
781                                 }
782                             });
783
784                             if let Some(Some(alloc)) = alloc {
785                                 // Assign entire constant in a single statement.
786                                 // We can't use aggregates, as we run after the aggregate-lowering `MirPhase`.
787                                 let const_val = ConstValue::ByRef { alloc, offset: Size::ZERO };
788                                 let literal = ConstantKind::Val(const_val, ty);
789                                 *rval = Rvalue::Use(Operand::Constant(Box::new(Constant {
790                                     span: source_info.span,
791                                     user_ty: None,
792                                     literal,
793                                 })));
794                             }
795                         }
796                     }
797                 }
798                 // Scalars or scalar pairs that contain undef values are assumed to not have
799                 // successfully evaluated and are thus not propagated.
800                 _ => {}
801             }
802         }
803     }
804
805     /// Returns `true` if and only if this `op` should be const-propagated into.
806     fn should_const_prop(&mut self, op: &OpTy<'tcx>) -> bool {
807         if !self.tcx.consider_optimizing(|| format!("ConstantPropagation - OpTy: {:?}", op)) {
808             return false;
809         }
810
811         match **op {
812             interpret::Operand::Immediate(Immediate::Scalar(s)) => s.try_to_int().is_ok(),
813             interpret::Operand::Immediate(Immediate::ScalarPair(l, r)) => {
814                 l.try_to_int().is_ok() && r.try_to_int().is_ok()
815             }
816             _ => false,
817         }
818     }
819 }
820
821 /// The mode that `ConstProp` is allowed to run in for a given `Local`.
822 #[derive(Clone, Copy, Debug, PartialEq)]
823 pub enum ConstPropMode {
824     /// The `Local` can be propagated into and reads of this `Local` can also be propagated.
825     FullConstProp,
826     /// The `Local` can only be propagated into and from its own block.
827     OnlyInsideOwnBlock,
828     /// The `Local` can be propagated into but reads cannot be propagated.
829     OnlyPropagateInto,
830     /// The `Local` cannot be part of propagation at all. Any statement
831     /// referencing it either for reading or writing will not get propagated.
832     NoPropagation,
833 }
834
835 pub struct CanConstProp {
836     can_const_prop: IndexVec<Local, ConstPropMode>,
837     // False at the beginning. Once set, no more assignments are allowed to that local.
838     found_assignment: BitSet<Local>,
839     // Cache of locals' information
840     local_kinds: IndexVec<Local, LocalKind>,
841 }
842
843 impl CanConstProp {
844     /// Returns true if `local` can be propagated
845     pub fn check<'tcx>(
846         tcx: TyCtxt<'tcx>,
847         param_env: ParamEnv<'tcx>,
848         body: &Body<'tcx>,
849     ) -> IndexVec<Local, ConstPropMode> {
850         let mut cpv = CanConstProp {
851             can_const_prop: IndexVec::from_elem(ConstPropMode::FullConstProp, &body.local_decls),
852             found_assignment: BitSet::new_empty(body.local_decls.len()),
853             local_kinds: IndexVec::from_fn_n(
854                 |local| body.local_kind(local),
855                 body.local_decls.len(),
856             ),
857         };
858         for (local, val) in cpv.can_const_prop.iter_enumerated_mut() {
859             let ty = body.local_decls[local].ty;
860             match tcx.layout_of(param_env.and(ty)) {
861                 Ok(layout) if layout.size < Size::from_bytes(MAX_ALLOC_LIMIT) => {}
862                 // Either the layout fails to compute, then we can't use this local anyway
863                 // or the local is too large, then we don't want to.
864                 _ => {
865                     *val = ConstPropMode::NoPropagation;
866                     continue;
867                 }
868             }
869             // Cannot use args at all
870             // Cannot use locals because if x < y { y - x } else { x - y } would
871             //        lint for x != y
872             // FIXME(oli-obk): lint variables until they are used in a condition
873             // FIXME(oli-obk): lint if return value is constant
874             if cpv.local_kinds[local] == LocalKind::Arg {
875                 *val = ConstPropMode::OnlyPropagateInto;
876                 trace!(
877                     "local {:?} can't be const propagated because it's a function argument",
878                     local
879                 );
880             } else if cpv.local_kinds[local] == LocalKind::Var {
881                 *val = ConstPropMode::OnlyInsideOwnBlock;
882                 trace!(
883                     "local {:?} will only be propagated inside its block, because it's a user variable",
884                     local
885                 );
886             }
887         }
888         cpv.visit_body(&body);
889         cpv.can_const_prop
890     }
891 }
892
893 impl Visitor<'_> for CanConstProp {
894     fn visit_local(&mut self, local: Local, context: PlaceContext, _: Location) {
895         use rustc_middle::mir::visit::PlaceContext::*;
896         match context {
897             // Projections are fine, because `&mut foo.x` will be caught by
898             // `MutatingUseContext::Borrow` elsewhere.
899             MutatingUse(MutatingUseContext::Projection)
900             // These are just stores, where the storing is not propagatable, but there may be later
901             // mutations of the same local via `Store`
902             | MutatingUse(MutatingUseContext::Call)
903             | MutatingUse(MutatingUseContext::AsmOutput)
904             | MutatingUse(MutatingUseContext::Deinit)
905             // Actual store that can possibly even propagate a value
906             | MutatingUse(MutatingUseContext::Store)
907             | MutatingUse(MutatingUseContext::SetDiscriminant) => {
908                 if !self.found_assignment.insert(local) {
909                     match &mut self.can_const_prop[local] {
910                         // If the local can only get propagated in its own block, then we don't have
911                         // to worry about multiple assignments, as we'll nuke the const state at the
912                         // end of the block anyway, and inside the block we overwrite previous
913                         // states as applicable.
914                         ConstPropMode::OnlyInsideOwnBlock => {}
915                         ConstPropMode::NoPropagation => {}
916                         ConstPropMode::OnlyPropagateInto => {}
917                         other @ ConstPropMode::FullConstProp => {
918                             trace!(
919                                 "local {:?} can't be propagated because of multiple assignments. Previous state: {:?}",
920                                 local, other,
921                             );
922                             *other = ConstPropMode::OnlyInsideOwnBlock;
923                         }
924                     }
925                 }
926             }
927             // Reading constants is allowed an arbitrary number of times
928             NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::Copy)
929             | NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::Move)
930             | NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::Inspect)
931             | NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::Projection)
932             | NonUse(_) => {}
933
934             // These could be propagated with a smarter analysis or just some careful thinking about
935             // whether they'd be fine right now.
936             MutatingUse(MutatingUseContext::Yield)
937             | MutatingUse(MutatingUseContext::Drop)
938             | MutatingUse(MutatingUseContext::Retag)
939             // These can't ever be propagated under any scheme, as we can't reason about indirect
940             // mutation.
941             | NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::SharedBorrow)
942             | NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::ShallowBorrow)
943             | NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::UniqueBorrow)
944             | NonMutatingUse(NonMutatingUseContext::AddressOf)
945             | MutatingUse(MutatingUseContext::Borrow)
946             | MutatingUse(MutatingUseContext::AddressOf) => {
947                 trace!("local {:?} can't be propagaged because it's used: {:?}", local, context);
948                 self.can_const_prop[local] = ConstPropMode::NoPropagation;
949             }
950         }
951     }
952 }
953
954 impl<'tcx> MutVisitor<'tcx> for ConstPropagator<'_, 'tcx> {
955     fn tcx(&self) -> TyCtxt<'tcx> {
956         self.tcx
957     }
958
959     fn visit_body(&mut self, body: &mut Body<'tcx>) {
960         for (bb, data) in body.basic_blocks.as_mut_preserves_cfg().iter_enumerated_mut() {
961             self.visit_basic_block_data(bb, data);
962         }
963     }
964
965     fn visit_operand(&mut self, operand: &mut Operand<'tcx>, location: Location) {
966         self.super_operand(operand, location);
967
968         // Only const prop copies and moves on `mir_opt_level=3` as doing so
969         // currently slightly increases compile time in some cases.
970         if self.tcx.sess.mir_opt_level() >= 3 {
971             self.propagate_operand(operand)
972         }
973     }
974
975     fn visit_constant(&mut self, constant: &mut Constant<'tcx>, location: Location) {
976         trace!("visit_constant: {:?}", constant);
977         self.super_constant(constant, location);
978         self.eval_constant(constant);
979     }
980
981     fn visit_statement(&mut self, statement: &mut Statement<'tcx>, location: Location) {
982         trace!("visit_statement: {:?}", statement);
983         let source_info = statement.source_info;
984         self.source_info = Some(source_info);
985         if let StatementKind::Assign(box (place, ref mut rval)) = statement.kind {
986             let can_const_prop = self.ecx.machine.can_const_prop[place.local];
987             if let Some(()) = self.const_prop(rval, place) {
988                 // This will return None if the above `const_prop` invocation only "wrote" a
989                 // type whose creation requires no write. E.g. a generator whose initial state
990                 // consists solely of uninitialized memory (so it doesn't capture any locals).
991                 if let Some(ref value) = self.get_const(place) && self.should_const_prop(value) {
992                     trace!("replacing {:?} with {:?}", rval, value);
993                     self.replace_with_const(rval, value, source_info);
994                     if can_const_prop == ConstPropMode::FullConstProp
995                         || can_const_prop == ConstPropMode::OnlyInsideOwnBlock
996                     {
997                         trace!("propagated into {:?}", place);
998                     }
999                 }
1000                 match can_const_prop {
1001                     ConstPropMode::OnlyInsideOwnBlock => {
1002                         trace!(
1003                             "found local restricted to its block. \
1004                                 Will remove it from const-prop after block is finished. Local: {:?}",
1005                             place.local
1006                         );
1007                     }
1008                     ConstPropMode::OnlyPropagateInto | ConstPropMode::NoPropagation => {
1009                         trace!("can't propagate into {:?}", place);
1010                         if place.local != RETURN_PLACE {
1011                             Self::remove_const(&mut self.ecx, place.local);
1012                         }
1013                     }
1014                     ConstPropMode::FullConstProp => {}
1015                 }
1016             } else {
1017                 // Const prop failed, so erase the destination, ensuring that whatever happens
1018                 // from here on, does not know about the previous value.
1019                 // This is important in case we have
1020                 // ```rust
1021                 // let mut x = 42;
1022                 // x = SOME_MUTABLE_STATIC;
1023                 // // x must now be uninit
1024                 // ```
1025                 // FIXME: we overzealously erase the entire local, because that's easier to
1026                 // implement.
1027                 trace!(
1028                     "propagation into {:?} failed.
1029                         Nuking the entire site from orbit, it's the only way to be sure",
1030                     place,
1031                 );
1032                 Self::remove_const(&mut self.ecx, place.local);
1033             }
1034         } else {
1035             match statement.kind {
1036                 StatementKind::SetDiscriminant { ref place, .. } => {
1037                     match self.ecx.machine.can_const_prop[place.local] {
1038                         ConstPropMode::FullConstProp | ConstPropMode::OnlyInsideOwnBlock => {
1039                             if self.use_ecx(|this| this.ecx.statement(statement)).is_some() {
1040                                 trace!("propped discriminant into {:?}", place);
1041                             } else {
1042                                 Self::remove_const(&mut self.ecx, place.local);
1043                             }
1044                         }
1045                         ConstPropMode::OnlyPropagateInto | ConstPropMode::NoPropagation => {
1046                             Self::remove_const(&mut self.ecx, place.local);
1047                         }
1048                     }
1049                 }
1050                 StatementKind::StorageLive(local) | StatementKind::StorageDead(local) => {
1051                     let frame = self.ecx.frame_mut();
1052                     frame.locals[local].value =
1053                         if let StatementKind::StorageLive(_) = statement.kind {
1054                             LocalValue::Live(interpret::Operand::Immediate(
1055                                 interpret::Immediate::Uninit,
1056                             ))
1057                         } else {
1058                             LocalValue::Dead
1059                         };
1060                 }
1061                 _ => {}
1062             }
1063         }
1064
1065         self.super_statement(statement, location);
1066     }
1067
1068     fn visit_terminator(&mut self, terminator: &mut Terminator<'tcx>, location: Location) {
1069         let source_info = terminator.source_info;
1070         self.source_info = Some(source_info);
1071         self.super_terminator(terminator, location);
1072         // Do NOT early return in this function, it does some crucial fixup of the state at the end!
1073         match &mut terminator.kind {
1074             TerminatorKind::Assert { expected, ref mut cond, .. } => {
1075                 if let Some(ref value) = self.eval_operand(&cond) {
1076                     trace!("assertion on {:?} should be {:?}", value, expected);
1077                     let expected = Scalar::from_bool(*expected);
1078                     // FIXME should be used use_ecx rather than a local match... but we have
1079                     // quite a few of these read_scalar/read_immediate that need fixing.
1080                     if let Ok(value_const) = self.ecx.read_scalar(&value) {
1081                         if expected != value_const {
1082                             // Poison all places this operand references so that further code
1083                             // doesn't use the invalid value
1084                             match cond {
1085                                 Operand::Move(ref place) | Operand::Copy(ref place) => {
1086                                     Self::remove_const(&mut self.ecx, place.local);
1087                                 }
1088                                 Operand::Constant(_) => {}
1089                             }
1090                         } else {
1091                             if self.should_const_prop(value) {
1092                                 *cond = self.operand_from_scalar(
1093                                     value_const,
1094                                     self.tcx.types.bool,
1095                                     source_info.span,
1096                                 );
1097                             }
1098                         }
1099                     }
1100                 }
1101             }
1102             TerminatorKind::SwitchInt { ref mut discr, .. } => {
1103                 // FIXME: This is currently redundant with `visit_operand`, but sadly
1104                 // always visiting operands currently causes a perf regression in LLVM codegen, so
1105                 // `visit_operand` currently only runs for propagates places for `mir_opt_level=4`.
1106                 self.propagate_operand(discr)
1107             }
1108             // None of these have Operands to const-propagate.
1109             TerminatorKind::Goto { .. }
1110             | TerminatorKind::Resume
1111             | TerminatorKind::Abort
1112             | TerminatorKind::Return
1113             | TerminatorKind::Unreachable
1114             | TerminatorKind::Drop { .. }
1115             | TerminatorKind::DropAndReplace { .. }
1116             | TerminatorKind::Yield { .. }
1117             | TerminatorKind::GeneratorDrop
1118             | TerminatorKind::FalseEdge { .. }
1119             | TerminatorKind::FalseUnwind { .. }
1120             | TerminatorKind::InlineAsm { .. } => {}
1121             // Every argument in our function calls have already been propagated in `visit_operand`.
1122             //
1123             // NOTE: because LLVM codegen gives slight performance regressions with it, so this is
1124             // gated on `mir_opt_level=3`.
1125             TerminatorKind::Call { .. } => {}
1126         }
1127
1128         // We remove all Locals which are restricted in propagation to their containing blocks and
1129         // which were modified in the current block.
1130         // Take it out of the ecx so we can get a mutable reference to the ecx for `remove_const`.
1131         let mut locals = std::mem::take(&mut self.ecx.machine.written_only_inside_own_block_locals);
1132         for &local in locals.iter() {
1133             Self::remove_const(&mut self.ecx, local);
1134         }
1135         locals.clear();
1136         // Put it back so we reuse the heap of the storage
1137         self.ecx.machine.written_only_inside_own_block_locals = locals;
1138         if cfg!(debug_assertions) {
1139             // Ensure we are correctly erasing locals with the non-debug-assert logic.
1140             for local in self.ecx.machine.only_propagate_inside_block_locals.iter() {
1141                 assert!(
1142                     self.get_const(local.into()).is_none()
1143                         || self
1144                             .layout_of(self.local_decls[local].ty)
1145                             .map_or(true, |layout| layout.is_zst())
1146                 )
1147             }
1148         }
1149     }
1150 }