]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc_mir/interpret/machine.rs
Auto merge of #69614 - estebank:ice-age, r=davidtwco
[rust.git] / src / librustc_mir / interpret / machine.rs
1 //! This module contains everything needed to instantiate an interpreter.
2 //! This separation exists to ensure that no fancy miri features like
3 //! interpreting common C functions leak into CTFE.
4
5 use std::borrow::{Borrow, Cow};
6 use std::hash::Hash;
7
8 use rustc::mir;
9 use rustc::ty::{self, Ty};
10 use rustc_span::Span;
11
12 use super::{
13     AllocId, Allocation, AllocationExtra, Frame, ImmTy, InterpCx, InterpResult, Memory, MemoryKind,
14     OpTy, Operand, PlaceTy, Pointer, Scalar,
15 };
16
17 /// Data returned by Machine::stack_pop,
18 /// to provide further control over the popping of the stack frame
19 #[derive(Eq, PartialEq, Debug, Copy, Clone)]
20 pub enum StackPopInfo {
21     /// Indicates that no special handling should be
22     /// done - we'll either return normally or unwind
23     /// based on the terminator for the function
24     /// we're leaving.
25     Normal,
26
27     /// Indicates that we should stop unwinding,
28     /// as we've reached a catch frame
29     StopUnwinding,
30 }
31
32 /// Whether this kind of memory is allowed to leak
33 pub trait MayLeak: Copy {
34     fn may_leak(self) -> bool;
35 }
36
37 /// The functionality needed by memory to manage its allocations
38 pub trait AllocMap<K: Hash + Eq, V> {
39     /// Tests if the map contains the given key.
40     /// Deliberately takes `&mut` because that is sufficient, and some implementations
41     /// can be more efficient then (using `RefCell::get_mut`).
42     fn contains_key<Q: ?Sized + Hash + Eq>(&mut self, k: &Q) -> bool
43     where
44         K: Borrow<Q>;
45
46     /// Inserts a new entry into the map.
47     fn insert(&mut self, k: K, v: V) -> Option<V>;
48
49     /// Removes an entry from the map.
50     fn remove<Q: ?Sized + Hash + Eq>(&mut self, k: &Q) -> Option<V>
51     where
52         K: Borrow<Q>;
53
54     /// Returns data based the keys and values in the map.
55     fn filter_map_collect<T>(&self, f: impl FnMut(&K, &V) -> Option<T>) -> Vec<T>;
56
57     /// Returns a reference to entry `k`. If no such entry exists, call
58     /// `vacant` and either forward its error, or add its result to the map
59     /// and return a reference to *that*.
60     fn get_or<E>(&self, k: K, vacant: impl FnOnce() -> Result<V, E>) -> Result<&V, E>;
61
62     /// Returns a mutable reference to entry `k`. If no such entry exists, call
63     /// `vacant` and either forward its error, or add its result to the map
64     /// and return a reference to *that*.
65     fn get_mut_or<E>(&mut self, k: K, vacant: impl FnOnce() -> Result<V, E>) -> Result<&mut V, E>;
66
67     /// Read-only lookup.
68     fn get(&self, k: K) -> Option<&V> {
69         self.get_or(k, || Err(())).ok()
70     }
71
72     /// Mutable lookup.
73     fn get_mut(&mut self, k: K) -> Option<&mut V> {
74         self.get_mut_or(k, || Err(())).ok()
75     }
76 }
77
78 /// Methods of this trait signifies a point where CTFE evaluation would fail
79 /// and some use case dependent behaviour can instead be applied.
80 pub trait Machine<'mir, 'tcx>: Sized {
81     /// Additional memory kinds a machine wishes to distinguish from the builtin ones
82     type MemoryKinds: ::std::fmt::Debug + MayLeak + Eq + 'static;
83
84     /// Tag tracked alongside every pointer. This is used to implement "Stacked Borrows"
85     /// <https://www.ralfj.de/blog/2018/08/07/stacked-borrows.html>.
86     /// The `default()` is used for pointers to consts, statics, vtables and functions.
87     type PointerTag: ::std::fmt::Debug + Copy + Eq + Hash + 'static;
88
89     /// Machines can define extra (non-instance) things that represent values of function pointers.
90     /// For example, Miri uses this to return a function pointer from `dlsym`
91     /// that can later be called to execute the right thing.
92     type ExtraFnVal: ::std::fmt::Debug + Copy;
93
94     /// Extra data stored in every call frame.
95     type FrameExtra;
96
97     /// Extra data stored in memory. A reference to this is available when `AllocExtra`
98     /// gets initialized, so you can e.g., have an `Rc` here if there is global state you
99     /// need access to in the `AllocExtra` hooks.
100     type MemoryExtra;
101
102     /// Extra data stored in every allocation.
103     type AllocExtra: AllocationExtra<Self::PointerTag> + 'static;
104
105     /// Memory's allocation map
106     type MemoryMap: AllocMap<
107             AllocId,
108             (MemoryKind<Self::MemoryKinds>, Allocation<Self::PointerTag, Self::AllocExtra>),
109         > + Default
110         + Clone;
111
112     /// The memory kind to use for copied statics -- or None if statics should not be mutated
113     /// and thus any such attempt will cause a `ModifiedStatic` error to be raised.
114     /// Statics are copied under two circumstances: When they are mutated, and when
115     /// `tag_allocation` or `find_foreign_static` (see below) returns an owned allocation
116     /// that is added to the memory so that the work is not done twice.
117     const STATIC_KIND: Option<Self::MemoryKinds>;
118
119     /// Whether memory accesses should be alignment-checked.
120     const CHECK_ALIGN: bool;
121
122     /// Whether to enforce the validity invariant
123     fn enforce_validity(ecx: &InterpCx<'mir, 'tcx, Self>) -> bool;
124
125     /// Entry point to all function calls.
126     ///
127     /// Returns either the mir to use for the call, or `None` if execution should
128     /// just proceed (which usually means this hook did all the work that the
129     /// called function should usually have done). In the latter case, it is
130     /// this hook's responsibility to advance the instruction pointer!
131     /// (This is to support functions like `__rust_maybe_catch_panic` that neither find a MIR
132     /// nor just jump to `ret`, but instead push their own stack frame.)
133     /// Passing `dest`and `ret` in the same `Option` proved very annoying when only one of them
134     /// was used.
135     fn find_mir_or_eval_fn(
136         ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
137         span: Span,
138         instance: ty::Instance<'tcx>,
139         args: &[OpTy<'tcx, Self::PointerTag>],
140         ret: Option<(PlaceTy<'tcx, Self::PointerTag>, mir::BasicBlock)>,
141         unwind: Option<mir::BasicBlock>,
142     ) -> InterpResult<'tcx, Option<&'mir mir::Body<'tcx>>>;
143
144     /// Execute `fn_val`.  It is the hook's responsibility to advance the instruction
145     /// pointer as appropriate.
146     fn call_extra_fn(
147         ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
148         fn_val: Self::ExtraFnVal,
149         args: &[OpTy<'tcx, Self::PointerTag>],
150         ret: Option<(PlaceTy<'tcx, Self::PointerTag>, mir::BasicBlock)>,
151         unwind: Option<mir::BasicBlock>,
152     ) -> InterpResult<'tcx>;
153
154     /// Directly process an intrinsic without pushing a stack frame. It is the hook's
155     /// responsibility to advance the instruction pointer as appropriate.
156     fn call_intrinsic(
157         ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
158         span: Span,
159         instance: ty::Instance<'tcx>,
160         args: &[OpTy<'tcx, Self::PointerTag>],
161         ret: Option<(PlaceTy<'tcx, Self::PointerTag>, mir::BasicBlock)>,
162         unwind: Option<mir::BasicBlock>,
163     ) -> InterpResult<'tcx>;
164
165     /// Called to evaluate `Assert` MIR terminators that trigger a panic.
166     fn assert_panic(
167         ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
168         span: Span,
169         msg: &mir::AssertMessage<'tcx>,
170         unwind: Option<mir::BasicBlock>,
171     ) -> InterpResult<'tcx>;
172
173     /// Called for all binary operations where the LHS has pointer type.
174     ///
175     /// Returns a (value, overflowed) pair if the operation succeeded
176     fn binary_ptr_op(
177         ecx: &InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
178         bin_op: mir::BinOp,
179         left: ImmTy<'tcx, Self::PointerTag>,
180         right: ImmTy<'tcx, Self::PointerTag>,
181     ) -> InterpResult<'tcx, (Scalar<Self::PointerTag>, bool, Ty<'tcx>)>;
182
183     /// Heap allocations via the `box` keyword.
184     fn box_alloc(
185         ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
186         dest: PlaceTy<'tcx, Self::PointerTag>,
187     ) -> InterpResult<'tcx>;
188
189     /// Called to read the specified `local` from the `frame`.
190     #[inline]
191     fn access_local(
192         _ecx: &InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
193         frame: &Frame<'mir, 'tcx, Self::PointerTag, Self::FrameExtra>,
194         local: mir::Local,
195     ) -> InterpResult<'tcx, Operand<Self::PointerTag>> {
196         frame.locals[local].access()
197     }
198
199     /// Called before a basic block terminator is executed.
200     /// You can use this to detect endlessly running programs.
201     #[inline]
202     fn before_terminator(_ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>) -> InterpResult<'tcx> {
203         Ok(())
204     }
205
206     /// Called before a `Static` value is accessed.
207     #[inline]
208     fn before_access_static(
209         _memory_extra: &Self::MemoryExtra,
210         _allocation: &Allocation,
211     ) -> InterpResult<'tcx> {
212         Ok(())
213     }
214
215     /// Called for *every* memory access to determine the real ID of the given allocation.
216     /// This provides a way for the machine to "redirect" certain allocations as it sees fit.
217     ///
218     /// This is used by Miri to redirect extern statics to real allocations.
219     ///
220     /// This function must be idempotent.
221     #[inline]
222     fn canonical_alloc_id(_mem: &Memory<'mir, 'tcx, Self>, id: AllocId) -> AllocId {
223         id
224     }
225
226     /// Called to initialize the "extra" state of an allocation and make the pointers
227     /// it contains (in relocations) tagged.  The way we construct allocations is
228     /// to always first construct it without extra and then add the extra.
229     /// This keeps uniform code paths for handling both allocations created by CTFE
230     /// for statics, and allocations ceated by Miri during evaluation.
231     ///
232     /// `kind` is the kind of the allocation being tagged; it can be `None` when
233     /// it's a static and `STATIC_KIND` is `None`.
234     ///
235     /// This should avoid copying if no work has to be done! If this returns an owned
236     /// allocation (because a copy had to be done to add tags or metadata), machine memory will
237     /// cache the result. (This relies on `AllocMap::get_or` being able to add the
238     /// owned allocation to the map even when the map is shared.)
239     ///
240     /// Also return the "base" tag to use for this allocation: the one that is used for direct
241     /// accesses to this allocation. If `kind == STATIC_KIND`, this tag must be consistent
242     /// with `tag_static_base_pointer`.
243     fn init_allocation_extra<'b>(
244         memory_extra: &Self::MemoryExtra,
245         id: AllocId,
246         alloc: Cow<'b, Allocation>,
247         kind: Option<MemoryKind<Self::MemoryKinds>>,
248     ) -> (Cow<'b, Allocation<Self::PointerTag, Self::AllocExtra>>, Self::PointerTag);
249
250     /// Return the "base" tag for the given *static* allocation: the one that is used for direct
251     /// accesses to this static/const/fn allocation. If `id` is not a static allocation,
252     /// this will return an unusable tag (i.e., accesses will be UB)!
253     ///
254     /// Expects `id` to be already canonical, if needed.
255     fn tag_static_base_pointer(memory_extra: &Self::MemoryExtra, id: AllocId) -> Self::PointerTag;
256
257     /// Executes a retagging operation
258     #[inline]
259     fn retag(
260         _ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
261         _kind: mir::RetagKind,
262         _place: PlaceTy<'tcx, Self::PointerTag>,
263     ) -> InterpResult<'tcx> {
264         Ok(())
265     }
266
267     /// Called immediately before a new stack frame got pushed.
268     fn stack_push(ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>) -> InterpResult<'tcx, Self::FrameExtra>;
269
270     /// Called immediately after a stack frame gets popped
271     fn stack_pop(
272         _ecx: &mut InterpCx<'mir, 'tcx, Self>,
273         _extra: Self::FrameExtra,
274         _unwinding: bool,
275     ) -> InterpResult<'tcx, StackPopInfo> {
276         // By default, we do not support unwinding from panics
277         Ok(StackPopInfo::Normal)
278     }
279
280     fn int_to_ptr(
281         _mem: &Memory<'mir, 'tcx, Self>,
282         int: u64,
283     ) -> InterpResult<'tcx, Pointer<Self::PointerTag>> {
284         Err((if int == 0 {
285             err_unsup!(InvalidNullPointerUsage)
286         } else {
287             err_unsup!(ReadBytesAsPointer)
288         })
289         .into())
290     }
291
292     fn ptr_to_int(
293         _mem: &Memory<'mir, 'tcx, Self>,
294         _ptr: Pointer<Self::PointerTag>,
295     ) -> InterpResult<'tcx, u64>;
296 }