src/intptrcast.rs

   1 use std::cell::RefCell;
   2 use std::cmp::max;
   3 use std::collections::{hash_map::Entry, HashMap};
   4
   5 use rand::Rng;
   6
   7 use rustc::ty::layout::HasDataLayout;
   8 use rustc_mir::interpret::{AllocCheck, AllocId, InterpResult, Memory, Pointer, PointerArithmetic};
   9 use rustc_target::abi::Size;
  10
  11 use crate::{Evaluator, Tag, STACK_ADDR};
  12
  13 pub type MemoryExtra = RefCell<GlobalState>;
  14
  15 #[derive(Clone, Debug)]
  16 pub struct GlobalState {
  17     /// This is used as a map between the address of each allocation and its `AllocId`.
  18     /// It is always sorted
  19     pub int_to_ptr_map: Vec<(u64, AllocId)>,
  20     /// The base address for each allocation.  We cannot put that into
  21     /// `AllocExtra` because function pointers also have a base address, and
  22     /// they do not have an `AllocExtra`.
  23     /// This is the inverse of `int_to_ptr_map`.
  24     pub base_addr: HashMap<AllocId, u64>,
  25     /// This is used as a memory address when a new pointer is casted to an integer. It
  26     /// is always larger than any address that was previously made part of a block.
  27     pub next_base_addr: u64,
  28 }
  29
  30 impl Default for GlobalState {
  31     fn default() -> Self {
  32         GlobalState {
  33             int_to_ptr_map: Vec::default(),
  34             base_addr: HashMap::default(),
  35             next_base_addr: STACK_ADDR,
  36         }
  37     }
  38 }
  39
  40 impl<'mir, 'tcx> GlobalState {
  41     pub fn int_to_ptr(
  42         int: u64,
  43         memory: &Memory<'mir, 'tcx, Evaluator<'tcx>>,
  44     ) -> InterpResult<'tcx, Pointer<Tag>> {
  45         if int == 0 {
  46             throw_unsup!(InvalidNullPointerUsage);
  47         }
  48
  49         let global_state = memory.extra.intptrcast.borrow();
  50         let pos = global_state.int_to_ptr_map.binary_search_by_key(&int, |(addr, _)| *addr);
  51
  52         Ok(match pos {
  53             Ok(pos) => {
  54                 let (_, alloc_id) = global_state.int_to_ptr_map[pos];
  55                 // `int` is equal to the starting address for an allocation, the offset should be
  56                 // zero. The pointer is untagged because it was created from a cast
  57                 Pointer::new_with_tag(alloc_id, Size::from_bytes(0), Tag::Untagged)
  58             }
  59             Err(0) => throw_unsup!(DanglingPointerDeref),
  60             Err(pos) => {
  61                 // This is the largest of the adresses smaller than `int`,
  62                 // i.e. the greatest lower bound (glb)
  63                 let (glb, alloc_id) = global_state.int_to_ptr_map[pos - 1];
  64                 // This never overflows because `int >= glb`
  65                 let offset = int - glb;
  66                 // If the offset exceeds the size of the allocation, this access is illegal
  67                 if offset <= memory.get_size_and_align(alloc_id, AllocCheck::MaybeDead)?.0.bytes() {
  68                     // This pointer is untagged because it was created from a cast
  69                     Pointer::new_with_tag(alloc_id, Size::from_bytes(offset), Tag::Untagged)
  70                 } else {
  71                     throw_unsup!(DanglingPointerDeref)
  72                 }
  73             }
  74         })
  75     }
  76
  77     pub fn ptr_to_int(
  78         ptr: Pointer<Tag>,
  79         memory: &Memory<'mir, 'tcx, Evaluator<'tcx>>,
  80     ) -> InterpResult<'tcx, u64> {
  81         let mut global_state = memory.extra.intptrcast.borrow_mut();
  82         let global_state = &mut *global_state;
  83
  84         // There is nothing wrong with a raw pointer being cast to an integer only after
  85         // it became dangling.  Hence `MaybeDead`.
  86         let (size, align) = memory.get_size_and_align(ptr.alloc_id, AllocCheck::MaybeDead)?;
  87
  88         let base_addr = match global_state.base_addr.entry(ptr.alloc_id) {
  89             Entry::Occupied(entry) => *entry.get(),
  90             Entry::Vacant(entry) => {
  91                 // This allocation does not have a base address yet, pick one.
  92                 // Leave some space to the previous allocation, to give it some chance to be less aligned.
  93                 let slack = {
  94                     let mut rng = memory.extra.rng.borrow_mut();
  95                     // This means that `(global_state.next_base_addr + slack) % 16` is uniformly distributed.
  96                     rng.gen_range(0, 16)
  97                 };
  98                 // From next_base_addr + slack, round up to adjust for alignment.
  99                 let base_addr = global_state.next_base_addr.checked_add(slack).unwrap();
 100                 let base_addr = Self::align_addr(base_addr, align.bytes());
 101                 entry.insert(base_addr);
 102                 trace!(
 103                     "Assigning base address {:#x} to allocation {:?} (slack: {}, align: {})",
 104                     base_addr,
 105                     ptr.alloc_id,
 106                     slack,
 107                     align.bytes(),
 108                 );
 109
 110                 // Remember next base address.  If this allocation is zero-sized, leave a gap
 111                 // of at least 1 to avoid two allocations having the same base address.
 112                 global_state.next_base_addr = base_addr.checked_add(max(size.bytes(), 1)).unwrap();
 113                 // Given that `next_base_addr` increases in each allocation, pushing the
 114                 // corresponding tuple keeps `int_to_ptr_map` sorted
 115                 global_state.int_to_ptr_map.push((base_addr, ptr.alloc_id));
 116
 117                 base_addr
 118             }
 119         };
 120
 121         // Sanity check that the base address is aligned.
 122         debug_assert_eq!(base_addr % align.bytes(), 0);
 123         // Add offset with the right kind of pointer-overflowing arithmetic.
 124         let dl = memory.data_layout();
 125         Ok(dl.overflowing_offset(base_addr, ptr.offset.bytes()).0)
 126     }
 127
 128     /// Shifts `addr` to make it aligned with `align` by rounding `addr` to the smallest multiple
 129     /// of `align` that is larger or equal to `addr`
 130     fn align_addr(addr: u64, align: u64) -> u64 {
 131         match addr % align {
 132             0 => addr,
 133             rem => addr.checked_add(align).unwrap() - rem,
 134         }
 135     }
 136 }
 137
 138 #[cfg(test)]
 139 mod tests {
 140     use super::*;
 141
 142     #[test]
 143     fn test_align_addr() {
 144         assert_eq!(GlobalState::align_addr(37, 4), 40);
 145         assert_eq!(GlobalState::align_addr(44, 4), 44);
 146     }
 147 }