src/intptrcast.rs

   1 use std::cell::RefCell;
   2 use std::collections::{HashMap, hash_map::Entry};
   3 use std::cmp::max;
   4
   5 use rand::Rng;
   6
   7 use rustc::ty::layout::HasDataLayout;
   8 use rustc_mir::interpret::{AllocId, Pointer, InterpResult, Memory, AllocCheck, 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             return err!(InvalidNullPointerUsage);
  47         }
  48
  49         let global_state = memory.extra.intptrcast.borrow();
  50
  51         match global_state.int_to_ptr_map.binary_search_by_key(&int, |(addr, _)| *addr) {
  52             Ok(pos) => {
  53                 let (_, alloc_id) = global_state.int_to_ptr_map[pos];
  54                 // `int` is equal to the starting address for an allocation, the offset should be
  55                 // zero. The pointer is untagged because it was created from a cast
  56                 Ok(Pointer::new_with_tag(alloc_id, Size::from_bytes(0), Tag::Untagged))
  57             },
  58             Err(0) => err!(DanglingPointerDeref),
  59             Err(pos) => {
  60                 // This is the largest of the adresses smaller than `int`,
  61                 // i.e. the greatest lower bound (glb)
  62                 let (glb, alloc_id) = global_state.int_to_ptr_map[pos - 1];
  63                 // This never overflows because `int >= glb`
  64                 let offset = int - glb;
  65                 // If the offset exceeds the size of the allocation, this access is illegal
  66                 if offset <= memory.get(alloc_id)?.bytes.len() as u64 {
  67                     // This pointer is untagged because it was created from a cast
  68                     Ok(Pointer::new_with_tag(alloc_id, Size::from_bytes(offset), Tag::Untagged))
  69                 } else {
  70                     err!(DanglingPointerDeref)
  71                 }
  72             }
  73         }
  74     }
  75
  76     pub fn ptr_to_int(
  77         ptr: Pointer<Tag>,
  78         memory: &Memory<'mir, 'tcx, Evaluator<'tcx>>,
  79     ) -> InterpResult<'tcx, u64> {
  80         let mut global_state = memory.extra.intptrcast.borrow_mut();
  81         let global_state = &mut *global_state;
  82
  83         // There is nothing wrong with a raw pointer being cast to an integer only after
  84         // it became dangling.  Hence `MaybeDead`.
  85         let (size, align) = memory.get_size_and_align(ptr.alloc_id, AllocCheck::MaybeDead)?;
  86
  87         let base_addr = match global_state.base_addr.entry(ptr.alloc_id) {
  88             Entry::Occupied(entry) => *entry.get(),
  89             Entry::Vacant(entry) => {
  90                 // This allocation does not have a base address yet, pick one.
  91                 // Leave some space to the previous allocation, to give it some chance to be less aligned.
  92                 let slack = {
  93                     let mut rng = memory.extra.rng.borrow_mut();
  94                     // This means that `(global_state.next_base_addr + slack) % 16` is uniformly distributed.
  95                     rng.gen_range(0, 16)
  96                 };
  97                 // From next_base_addr + slack, round up to adjust for alignment.
  98                 let base_addr = global_state.next_base_addr.checked_add(slack).unwrap();
  99                 let base_addr = Self::align_addr(base_addr, align.bytes());
 100                 entry.insert(base_addr);
 101                 trace!(
 102                     "Assigning base address {:#x} to allocation {:?} (slack: {}, align: {})",
 103                     base_addr, ptr.alloc_id, slack, align.bytes(),
 104                 );
 105
 106                 // Remember next base address.  If this allocation is zero-sized, leave a gap
 107                 // of at least 1 to avoid two allocations having the same base address.
 108                 global_state.next_base_addr = base_addr.checked_add(max(size.bytes(), 1)).unwrap();
 109                 // Given that `next_base_addr` increases in each allocation, pushing the
 110                 // corresponding tuple keeps `int_to_ptr_map` sorted
 111                 global_state.int_to_ptr_map.push((base_addr, ptr.alloc_id));
 112
 113                 base_addr
 114             }
 115         };
 116
 117         debug_assert_eq!(base_addr % align.bytes(), 0); // sanity check
 118         // Add offset with the right kind of pointer-overflowing arithmetic.
 119         let dl = memory.data_layout();
 120         Ok(dl.overflowing_offset(base_addr, ptr.offset.bytes()).0)
 121     }
 122
 123     /// Shifts `addr` to make it aligned with `align` by rounding `addr` to the smallest multiple
 124     /// of `align` that is larger or equal to `addr`
 125     fn align_addr(addr: u64, align: u64) -> u64 {
 126         match addr % align {
 127             0 => addr,
 128             rem => addr.checked_add(align).unwrap() - rem
 129         }
 130     }
 131 }
 132
 133 #[cfg(test)]
 134 mod tests {
 135     use super::*;
 136
 137     #[test]
 138     fn test_align_addr() {
 139         assert_eq!(GlobalState::align_addr(37, 4), 40);
 140         assert_eq!(GlobalState::align_addr(44, 4), 44);
 141     }
 142 }