src/librustc/middle/cfg/construct.rs

   1 // Copyright 2012-2014 The Rust Project Developers. See the COPYRIGHT
   2 // file at the top-level directory of this distribution and at
   3 // http://rust-lang.org/COPYRIGHT.
   4 //
   5 // Licensed under the Apache License, Version 2.0 <LICENSE-APACHE or
   6 // http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0> or the MIT license
   7 // <LICENSE-MIT or http://opensource.org/licenses/MIT>, at your
   8 // option. This file may not be copied, modified, or distributed
   9 // except according to those terms.
  10
  11 use rustc_data_structures::graph;
  12 use middle::cfg::*;
  13 use middle::def;
  14 use middle::pat_util;
  15 use middle::ty;
  16 use syntax::ast;
  17 use syntax::ptr::P;
  18
  19 use rustc_front::hir;
  20
  21 struct CFGBuilder<'a, 'tcx: 'a> {
  22     tcx: &'a ty::ctxt<'tcx>,
  23     graph: CFGGraph,
  24     fn_exit: CFGIndex,
  25     loop_scopes: Vec<LoopScope>,
  26 }
  27
  28 #[derive(Copy, Clone)]
  29 struct LoopScope {
  30     loop_id: ast::NodeId,     // id of loop/while node
  31     continue_index: CFGIndex, // where to go on a `loop`
  32     break_index: CFGIndex,    // where to go on a `break
  33 }
  34
  35 pub fn construct(tcx: &ty::ctxt,
  36                  blk: &hir::Block) -> CFG {
  37     let mut graph = graph::Graph::new();
  38     let entry = graph.add_node(CFGNodeData::Entry);
  39
  40     // `fn_exit` is target of return exprs, which lies somewhere
  41     // outside input `blk`. (Distinguishing `fn_exit` and `block_exit`
  42     // also resolves chicken-and-egg problem that arises if you try to
  43     // have return exprs jump to `block_exit` during construction.)
  44     let fn_exit = graph.add_node(CFGNodeData::Exit);
  45     let block_exit;
  46
  47     let mut cfg_builder = CFGBuilder {
  48         graph: graph,
  49         fn_exit: fn_exit,
  50         tcx: tcx,
  51         loop_scopes: Vec::new()
  52     };
  53     block_exit = cfg_builder.block(blk, entry);
  54     cfg_builder.add_contained_edge(block_exit, fn_exit);
  55     let CFGBuilder {graph, ..} = cfg_builder;
  56     CFG {graph: graph,
  57          entry: entry,
  58          exit: fn_exit}
  59 }
  60
  61 impl<'a, 'tcx> CFGBuilder<'a, 'tcx> {
  62     fn block(&mut self, blk: &hir::Block, pred: CFGIndex) -> CFGIndex {
  63         let mut stmts_exit = pred;
  64         for stmt in &blk.stmts {
  65             stmts_exit = self.stmt(&**stmt, stmts_exit);
  66         }
  67
  68         let expr_exit = self.opt_expr(&blk.expr, stmts_exit);
  69
  70         self.add_ast_node(blk.id, &[expr_exit])
  71     }
  72
  73     fn stmt(&mut self, stmt: &hir::Stmt, pred: CFGIndex) -> CFGIndex {
  74         match stmt.node {
  75             hir::StmtDecl(ref decl, id) => {
  76                 let exit = self.decl(&**decl, pred);
  77                 self.add_ast_node(id, &[exit])
  78             }
  79
  80             hir::StmtExpr(ref expr, id) | hir::StmtSemi(ref expr, id) => {
  81                 let exit = self.expr(&**expr, pred);
  82                 self.add_ast_node(id, &[exit])
  83             }
  84         }
  85     }
  86
  87     fn decl(&mut self, decl: &hir::Decl, pred: CFGIndex) -> CFGIndex {
  88         match decl.node {
  89             hir::DeclLocal(ref local) => {
  90                 let init_exit = self.opt_expr(&local.init, pred);
  91                 self.pat(&*local.pat, init_exit)
  92             }
  93
  94             hir::DeclItem(_) => {
  95                 pred
  96             }
  97         }
  98     }
  99
 100     fn pat(&mut self, pat: &hir::Pat, pred: CFGIndex) -> CFGIndex {
 101         match pat.node {
 102             hir::PatIdent(_, _, None) |
 103             hir::PatEnum(_, None) |
 104             hir::PatQPath(..) |
 105             hir::PatLit(..) |
 106             hir::PatRange(..) |
 107             hir::PatWild(_) => {
 108                 self.add_ast_node(pat.id, &[pred])
 109             }
 110
 111             hir::PatBox(ref subpat) |
 112             hir::PatRegion(ref subpat, _) |
 113             hir::PatIdent(_, _, Some(ref subpat)) => {
 114                 let subpat_exit = self.pat(&**subpat, pred);
 115                 self.add_ast_node(pat.id, &[subpat_exit])
 116             }
 117
 118             hir::PatEnum(_, Some(ref subpats)) |
 119             hir::PatTup(ref subpats) => {
 120                 let pats_exit = self.pats_all(subpats.iter(), pred);
 121                 self.add_ast_node(pat.id, &[pats_exit])
 122             }
 123
 124             hir::PatStruct(_, ref subpats, _) => {
 125                 let pats_exit =
 126                     self.pats_all(subpats.iter().map(|f| &f.node.pat), pred);
 127                 self.add_ast_node(pat.id, &[pats_exit])
 128             }
 129
 130             hir::PatVec(ref pre, ref vec, ref post) => {
 131                 let pre_exit = self.pats_all(pre.iter(), pred);
 132                 let vec_exit = self.pats_all(vec.iter(), pre_exit);
 133                 let post_exit = self.pats_all(post.iter(), vec_exit);
 134                 self.add_ast_node(pat.id, &[post_exit])
 135             }
 136         }
 137     }
 138
 139     fn pats_all<'b, I: Iterator<Item=&'b P<hir::Pat>>>(&mut self,
 140                                           pats: I,
 141                                           pred: CFGIndex) -> CFGIndex {
 142         //! Handles case where all of the patterns must match.
 143         pats.fold(pred, |pred, pat| self.pat(&**pat, pred))
 144     }
 145
 146     fn expr(&mut self, expr: &hir::Expr, pred: CFGIndex) -> CFGIndex {
 147         match expr.node {
 148             hir::ExprBlock(ref blk) => {
 149                 let blk_exit = self.block(&**blk, pred);
 150                 self.add_ast_node(expr.id, &[blk_exit])
 151             }
 152
 153             hir::ExprIf(ref cond, ref then, None) => {
 154                 //
 155                 //     [pred]
 156                 //       |
 157                 //       v 1
 158                 //     [cond]
 159                 //       |
 160                 //      / \
 161                 //     /   \
 162                 //    v 2   *
 163                 //  [then]  |
 164                 //    |     |
 165                 //    v 3   v 4
 166                 //   [..expr..]
 167                 //
 168                 let cond_exit = self.expr(&**cond, pred);                // 1
 169                 let then_exit = self.block(&**then, cond_exit);          // 2
 170                 self.add_ast_node(expr.id, &[cond_exit, then_exit])      // 3,4
 171             }
 172
 173             hir::ExprIf(ref cond, ref then, Some(ref otherwise)) => {
 174                 //
 175                 //     [pred]
 176                 //       |
 177                 //       v 1
 178                 //     [cond]
 179                 //       |
 180                 //      / \
 181                 //     /   \
 182                 //    v 2   v 3
 183                 //  [then][otherwise]
 184                 //    |     |
 185                 //    v 4   v 5
 186                 //   [..expr..]
 187                 //
 188                 let cond_exit = self.expr(&**cond, pred);                // 1
 189                 let then_exit = self.block(&**then, cond_exit);          // 2
 190                 let else_exit = self.expr(&**otherwise, cond_exit);      // 3
 191                 self.add_ast_node(expr.id, &[then_exit, else_exit])      // 4, 5
 192             }
 193
 194             hir::ExprWhile(ref cond, ref body, _) => {
 195                 //
 196                 //         [pred]
 197                 //           |
 198                 //           v 1
 199                 //       [loopback] <--+ 5
 200                 //           |         |
 201                 //           v 2       |
 202                 //   +-----[cond]      |
 203                 //   |       |         |
 204                 //   |       v 4       |
 205                 //   |     [body] -----+
 206                 //   v 3
 207                 // [expr]
 208                 //
 209                 // Note that `break` and `continue` statements
 210                 // may cause additional edges.
 211
 212                 // Is the condition considered part of the loop?
 213                 let loopback = self.add_dummy_node(&[pred]);              // 1
 214                 let cond_exit = self.expr(&**cond, loopback);             // 2
 215                 let expr_exit = self.add_ast_node(expr.id, &[cond_exit]); // 3
 216                 self.loop_scopes.push(LoopScope {
 217                     loop_id: expr.id,
 218                     continue_index: loopback,
 219                     break_index: expr_exit
 220                 });
 221                 let body_exit = self.block(&**body, cond_exit);          // 4
 222                 self.add_contained_edge(body_exit, loopback);            // 5
 223                 self.loop_scopes.pop();
 224                 expr_exit
 225             }
 226
 227             hir::ExprLoop(ref body, _) => {
 228                 //
 229                 //     [pred]
 230                 //       |
 231                 //       v 1
 232                 //   [loopback] <---+
 233                 //       |      4   |
 234                 //       v 3        |
 235                 //     [body] ------+
 236                 //
 237                 //     [expr] 2
 238                 //
 239                 // Note that `break` and `loop` statements
 240                 // may cause additional edges.
 241
 242                 let loopback = self.add_dummy_node(&[pred]);              // 1
 243                 let expr_exit = self.add_ast_node(expr.id, &[]);          // 2
 244                 self.loop_scopes.push(LoopScope {
 245                     loop_id: expr.id,
 246                     continue_index: loopback,
 247                     break_index: expr_exit,
 248                 });
 249                 let body_exit = self.block(&**body, loopback);           // 3
 250                 self.add_contained_edge(body_exit, loopback);            // 4
 251                 self.loop_scopes.pop();
 252                 expr_exit
 253             }
 254
 255             hir::ExprMatch(ref discr, ref arms, _) => {
 256                 self.match_(expr.id, &discr, &arms, pred)
 257             }
 258
 259             hir::ExprBinary(op, ref l, ref r) if ::rustc_front::util::lazy_binop(op.node) => {
 260                 //
 261                 //     [pred]
 262                 //       |
 263                 //       v 1
 264                 //      [l]
 265                 //       |
 266                 //      / \
 267                 //     /   \
 268                 //    v 2  *
 269                 //   [r]   |
 270                 //    |    |
 271                 //    v 3  v 4
 272                 //   [..exit..]
 273                 //
 274                 let l_exit = self.expr(&**l, pred);                      // 1
 275                 let r_exit = self.expr(&**r, l_exit);                    // 2
 276                 self.add_ast_node(expr.id, &[l_exit, r_exit])            // 3,4
 277             }
 278
 279             hir::ExprRet(ref v) => {
 280                 let v_exit = self.opt_expr(v, pred);
 281                 let b = self.add_ast_node(expr.id, &[v_exit]);
 282                 self.add_returning_edge(expr, b);
 283                 self.add_unreachable_node()
 284             }
 285
 286             hir::ExprBreak(label) => {
 287                 let loop_scope = self.find_scope(expr, label.map(|l| l.node));
 288                 let b = self.add_ast_node(expr.id, &[pred]);
 289                 self.add_exiting_edge(expr, b,
 290                                       loop_scope, loop_scope.break_index);
 291                 self.add_unreachable_node()
 292             }
 293
 294             hir::ExprAgain(label) => {
 295                 let loop_scope = self.find_scope(expr, label.map(|l| l.node));
 296                 let a = self.add_ast_node(expr.id, &[pred]);
 297                 self.add_exiting_edge(expr, a,
 298                                       loop_scope, loop_scope.continue_index);
 299                 self.add_unreachable_node()
 300             }
 301
 302             hir::ExprVec(ref elems) => {
 303                 self.straightline(expr, pred, elems.iter().map(|e| &**e))
 304             }
 305
 306             hir::ExprCall(ref func, ref args) => {
 307                 self.call(expr, pred, &**func, args.iter().map(|e| &**e))
 308             }
 309
 310             hir::ExprMethodCall(_, _, ref args) => {
 311                 self.call(expr, pred, &*args[0], args[1..].iter().map(|e| &**e))
 312             }
 313
 314             hir::ExprIndex(ref l, ref r) |
 315             hir::ExprBinary(_, ref l, ref r) if self.tcx.is_method_call(expr.id) => {
 316                 self.call(expr, pred, &**l, Some(&**r).into_iter())
 317             }
 318
 319             hir::ExprRange(ref start, ref end) => {
 320                 let fields = start.as_ref().map(|e| &**e).into_iter()
 321                     .chain(end.as_ref().map(|e| &**e));
 322                 self.straightline(expr, pred, fields)
 323             }
 324
 325             hir::ExprUnary(_, ref e) if self.tcx.is_method_call(expr.id) => {
 326                 self.call(expr, pred, &**e, None::<hir::Expr>.iter())
 327             }
 328
 329             hir::ExprTup(ref exprs) => {
 330                 self.straightline(expr, pred, exprs.iter().map(|e| &**e))
 331             }
 332
 333             hir::ExprStruct(_, ref fields, ref base) => {
 334                 let field_cfg = self.straightline(expr, pred, fields.iter().map(|f| &*f.expr));
 335                 self.opt_expr(base, field_cfg)
 336             }
 337
 338             hir::ExprRepeat(ref elem, ref count) => {
 339                 self.straightline(expr, pred, [elem, count].iter().map(|&e| &**e))
 340             }
 341
 342             hir::ExprAssign(ref l, ref r) |
 343             hir::ExprAssignOp(_, ref l, ref r) => {
 344                 self.straightline(expr, pred, [r, l].iter().map(|&e| &**e))
 345             }
 346
 347             hir::ExprBox(Some(ref l), ref r) |
 348             hir::ExprIndex(ref l, ref r) |
 349             hir::ExprBinary(_, ref l, ref r) => { // NB: && and || handled earlier
 350                 self.straightline(expr, pred, [l, r].iter().map(|&e| &**e))
 351             }
 352
 353             hir::ExprBox(None, ref e) |
 354             hir::ExprAddrOf(_, ref e) |
 355             hir::ExprCast(ref e, _) |
 356             hir::ExprUnary(_, ref e) |
 357             hir::ExprParen(ref e) |
 358             hir::ExprField(ref e, _) |
 359             hir::ExprTupField(ref e, _) => {
 360                 self.straightline(expr, pred, Some(&**e).into_iter())
 361             }
 362
 363             hir::ExprInlineAsm(ref inline_asm) => {
 364                 let inputs = inline_asm.inputs.iter();
 365                 let outputs = inline_asm.outputs.iter();
 366                 let post_inputs = self.exprs(inputs.map(|a| {
 367                     debug!("cfg::construct InlineAsm id:{} input:{:?}", expr.id, a);
 368                     let &(_, ref expr) = a;
 369                     &**expr
 370                 }), pred);
 371                 let post_outputs = self.exprs(outputs.map(|a| {
 372                     debug!("cfg::construct InlineAsm id:{} output:{:?}", expr.id, a);
 373                     let &(_, ref expr, _) = a;
 374                     &**expr
 375                 }), post_inputs);
 376                 self.add_ast_node(expr.id, &[post_outputs])
 377             }
 378
 379             hir::ExprClosure(..) |
 380             hir::ExprLit(..) |
 381             hir::ExprPath(..) => {
 382                 self.straightline(expr, pred, None::<hir::Expr>.iter())
 383             }
 384         }
 385     }
 386
 387     fn call<'b, I: Iterator<Item=&'b hir::Expr>>(&mut self,
 388             call_expr: &hir::Expr,
 389             pred: CFGIndex,
 390             func_or_rcvr: &hir::Expr,
 391             args: I) -> CFGIndex {
 392         let method_call = ty::MethodCall::expr(call_expr.id);
 393         let fn_ty = match self.tcx.tables.borrow().method_map.get(&method_call) {
 394             Some(method) => method.ty,
 395             None => self.tcx.expr_ty_adjusted(func_or_rcvr)
 396         };
 397
 398         let func_or_rcvr_exit = self.expr(func_or_rcvr, pred);
 399         let ret = self.straightline(call_expr, func_or_rcvr_exit, args);
 400         if fn_ty.fn_ret().diverges() {
 401             self.add_unreachable_node()
 402         } else {
 403             ret
 404         }
 405     }
 406
 407     fn exprs<'b, I: Iterator<Item=&'b hir::Expr>>(&mut self,
 408                                              exprs: I,
 409                                              pred: CFGIndex) -> CFGIndex {
 410         //! Constructs graph for `exprs` evaluated in order
 411         exprs.fold(pred, |p, e| self.expr(e, p))
 412     }
 413
 414     fn opt_expr(&mut self,
 415                 opt_expr: &Option<P<hir::Expr>>,
 416                 pred: CFGIndex) -> CFGIndex {
 417         //! Constructs graph for `opt_expr` evaluated, if Some
 418         opt_expr.iter().fold(pred, |p, e| self.expr(&**e, p))
 419     }
 420
 421     fn straightline<'b, I: Iterator<Item=&'b hir::Expr>>(&mut self,
 422                     expr: &hir::Expr,
 423                     pred: CFGIndex,
 424                     subexprs: I) -> CFGIndex {
 425         //! Handles case of an expression that evaluates `subexprs` in order
 426
 427         let subexprs_exit = self.exprs(subexprs, pred);
 428         self.add_ast_node(expr.id, &[subexprs_exit])
 429     }
 430
 431     fn match_(&mut self, id: ast::NodeId, discr: &hir::Expr,
 432               arms: &[hir::Arm], pred: CFGIndex) -> CFGIndex {
 433         // The CFG for match expression is quite complex, so no ASCII
 434         // art for it (yet).
 435         //
 436         // The CFG generated below matches roughly what trans puts
 437         // out. Each pattern and guard is visited in parallel, with
 438         // arms containing multiple patterns generating multiple nodes
 439         // for the same guard expression. The guard expressions chain
 440         // into each other from top to bottom, with a specific
 441         // exception to allow some additional valid programs
 442         // (explained below). Trans differs slightly in that the
 443         // pattern matching may continue after a guard but the visible
 444         // behaviour should be the same.
 445         //
 446         // What is going on is explained in further comments.
 447
 448         // Visit the discriminant expression
 449         let discr_exit = self.expr(discr, pred);
 450
 451         // Add a node for the exit of the match expression as a whole.
 452         let expr_exit = self.add_ast_node(id, &[]);
 453
 454         // Keep track of the previous guard expressions
 455         let mut prev_guards = Vec::new();
 456         // Track if the previous pattern contained bindings or wildcards
 457         let mut prev_has_bindings = false;
 458
 459         for arm in arms {
 460             // Add an exit node for when we've visited all the
 461             // patterns and the guard (if there is one) in the arm.
 462             let arm_exit = self.add_dummy_node(&[]);
 463
 464             for pat in &arm.pats {
 465                 // Visit the pattern, coming from the discriminant exit
 466                 let mut pat_exit = self.pat(&**pat, discr_exit);
 467
 468                 // If there is a guard expression, handle it here
 469                 if let Some(ref guard) = arm.guard {
 470                     // Add a dummy node for the previous guard
 471                     // expression to target
 472                     let guard_start = self.add_dummy_node(&[pat_exit]);
 473                     // Visit the guard expression
 474                     let guard_exit = self.expr(&**guard, guard_start);
 475
 476                     let this_has_bindings = pat_util::pat_contains_bindings_or_wild(
 477                         &self.tcx.def_map, &**pat);
 478
 479                     // If both this pattern and the previous pattern
 480                     // were free of bindings, they must consist only
 481                     // of "constant" patterns. Note we cannot match an
 482                     // all-constant pattern, fail the guard, and then
 483                     // match *another* all-constant pattern. This is
 484                     // because if the previous pattern matches, then
 485                     // we *cannot* match this one, unless all the
 486                     // constants are the same (which is rejected by
 487                     // `check_match`).
 488                     //
 489                     // We can use this to be smarter about the flow
 490                     // along guards. If the previous pattern matched,
 491                     // then we know we will not visit the guard in
 492                     // this one (whether or not the guard succeeded),
 493                     // if the previous pattern failed, then we know
 494                     // the guard for that pattern will not have been
 495                     // visited. Thus, it is not possible to visit both
 496                     // the previous guard and the current one when
 497                     // both patterns consist only of constant
 498                     // sub-patterns.
 499                     //
 500                     // However, if the above does not hold, then all
 501                     // previous guards need to be wired to visit the
 502                     // current guard pattern.
 503                     if prev_has_bindings || this_has_bindings {
 504                         while let Some(prev) = prev_guards.pop() {
 505                             self.add_contained_edge(prev, guard_start);
 506                         }
 507                     }
 508
 509                     prev_has_bindings = this_has_bindings;
 510
 511                     // Push the guard onto the list of previous guards
 512                     prev_guards.push(guard_exit);
 513
 514                     // Update the exit node for the pattern
 515                     pat_exit = guard_exit;
 516                 }
 517
 518                 // Add an edge from the exit of this pattern to the
 519                 // exit of the arm
 520                 self.add_contained_edge(pat_exit, arm_exit);
 521             }
 522
 523             // Visit the body of this arm
 524             let body_exit = self.expr(&arm.body, arm_exit);
 525
 526             // Link the body to the exit of the expression
 527             self.add_contained_edge(body_exit, expr_exit);
 528         }
 529
 530         expr_exit
 531     }
 532
 533     fn add_dummy_node(&mut self, preds: &[CFGIndex]) -> CFGIndex {
 534         self.add_node(CFGNodeData::Dummy, preds)
 535     }
 536
 537     fn add_ast_node(&mut self, id: ast::NodeId, preds: &[CFGIndex]) -> CFGIndex {
 538         assert!(id != ast::DUMMY_NODE_ID);
 539         self.add_node(CFGNodeData::AST(id), preds)
 540     }
 541
 542     fn add_unreachable_node(&mut self) -> CFGIndex {
 543         self.add_node(CFGNodeData::Unreachable, &[])
 544     }
 545
 546     fn add_node(&mut self, data: CFGNodeData, preds: &[CFGIndex]) -> CFGIndex {
 547         let node = self.graph.add_node(data);
 548         for &pred in preds {
 549             self.add_contained_edge(pred, node);
 550         }
 551         node
 552     }
 553
 554     fn add_contained_edge(&mut self,
 555                           source: CFGIndex,
 556                           target: CFGIndex) {
 557         let data = CFGEdgeData {exiting_scopes: vec!() };
 558         self.graph.add_edge(source, target, data);
 559     }
 560
 561     fn add_exiting_edge(&mut self,
 562                         from_expr: &hir::Expr,
 563                         from_index: CFGIndex,
 564                         to_loop: LoopScope,
 565                         to_index: CFGIndex) {
 566         let mut data = CFGEdgeData {exiting_scopes: vec!() };
 567         let mut scope = self.tcx.region_maps.node_extent(from_expr.id);
 568         let target_scope = self.tcx.region_maps.node_extent(to_loop.loop_id);
 569         while scope != target_scope {
 570             data.exiting_scopes.push(scope.node_id(&self.tcx.region_maps));
 571             scope = self.tcx.region_maps.encl_scope(scope);
 572         }
 573         self.graph.add_edge(from_index, to_index, data);
 574     }
 575
 576     fn add_returning_edge(&mut self,
 577                           _from_expr: &hir::Expr,
 578                           from_index: CFGIndex) {
 579         let mut data = CFGEdgeData {
 580             exiting_scopes: vec!(),
 581         };
 582         for &LoopScope { loop_id: id, .. } in self.loop_scopes.iter().rev() {
 583             data.exiting_scopes.push(id);
 584         }
 585         self.graph.add_edge(from_index, self.fn_exit, data);
 586     }
 587
 588     fn find_scope(&self,
 589                   expr: &hir::Expr,
 590                   label: Option<ast::Ident>) -> LoopScope {
 591         if label.is_none() {
 592             return *self.loop_scopes.last().unwrap();
 593         }
 594
 595         match self.tcx.def_map.borrow().get(&expr.id).map(|d| d.full_def()) {
 596             Some(def::DefLabel(loop_id)) => {
 597                 for l in &self.loop_scopes {
 598                     if l.loop_id == loop_id {
 599                         return *l;
 600                     }
 601                 }
 602                 self.tcx.sess.span_bug(expr.span,
 603                     &format!("no loop scope for id {}", loop_id));
 604             }
 605
 606             r => {
 607                 self.tcx.sess.span_bug(expr.span,
 608                     &format!("bad entry `{:?}` in def_map for label", r));
 609             }
 610         }
 611     }
 612 }