]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc_mir/interpret/place.rs
Merge commit 'e214ea82ad0a751563acf67e1cd9279cf302db3a' into clippyup
[rust.git] / src / librustc_mir / interpret / place.rs
1 //! Computations on places -- field projections, going from mir::Place, and writing
2 //! into a place.
3 //! All high-level functions to write to memory work on places as destinations.
4
5 use std::convert::TryFrom;
6 use std::hash::Hash;
7
8 use rustc_macros::HashStable;
9 use rustc_middle::mir;
10 use rustc_middle::ty::layout::{PrimitiveExt, TyAndLayout};
11 use rustc_middle::ty::{self, Ty};
12 use rustc_target::abi::{Abi, Align, DiscriminantKind, FieldsShape};
13 use rustc_target::abi::{HasDataLayout, LayoutOf, Size, VariantIdx, Variants};
14
15 use super::{
16     mir_assign_valid_types, truncate, AllocId, AllocMap, Allocation, AllocationExtra, ImmTy,
17     Immediate, InterpCx, InterpResult, LocalValue, Machine, MemoryKind, OpTy, Operand, Pointer,
18     PointerArithmetic, RawConst, Scalar, ScalarMaybeUninit,
19 };
20
21 #[derive(Copy, Clone, Debug, Hash, PartialEq, Eq, HashStable)]
22 /// Information required for the sound usage of a `MemPlace`.
23 pub enum MemPlaceMeta<Tag = ()> {
24     /// The unsized payload (e.g. length for slices or vtable pointer for trait objects).
25     Meta(Scalar<Tag>),
26     /// `Sized` types or unsized `extern type`
27     None,
28     /// The address of this place may not be taken. This protects the `MemPlace` from coming from
29     /// a ZST Operand without a backing allocation and being converted to an integer address. This
30     /// should be impossible, because you can't take the address of an operand, but this is a second
31     /// protection layer ensuring that we don't mess up.
32     Poison,
33 }
34
35 impl<Tag> MemPlaceMeta<Tag> {
36     pub fn unwrap_meta(self) -> Scalar<Tag> {
37         match self {
38             Self::Meta(s) => s,
39             Self::None | Self::Poison => {
40                 bug!("expected wide pointer extra data (e.g. slice length or trait object vtable)")
41             }
42         }
43     }
44     fn has_meta(self) -> bool {
45         match self {
46             Self::Meta(_) => true,
47             Self::None | Self::Poison => false,
48         }
49     }
50
51     pub fn erase_tag(self) -> MemPlaceMeta<()> {
52         match self {
53             Self::Meta(s) => MemPlaceMeta::Meta(s.erase_tag()),
54             Self::None => MemPlaceMeta::None,
55             Self::Poison => MemPlaceMeta::Poison,
56         }
57     }
58 }
59
60 #[derive(Copy, Clone, Debug, Hash, PartialEq, Eq, HashStable)]
61 pub struct MemPlace<Tag = ()> {
62     /// A place may have an integral pointer for ZSTs, and since it might
63     /// be turned back into a reference before ever being dereferenced.
64     /// However, it may never be undef.
65     pub ptr: Scalar<Tag>,
66     pub align: Align,
67     /// Metadata for unsized places. Interpretation is up to the type.
68     /// Must not be present for sized types, but can be missing for unsized types
69     /// (e.g., `extern type`).
70     pub meta: MemPlaceMeta<Tag>,
71 }
72
73 #[derive(Copy, Clone, Debug, Hash, PartialEq, Eq, HashStable)]
74 pub enum Place<Tag = ()> {
75     /// A place referring to a value allocated in the `Memory` system.
76     Ptr(MemPlace<Tag>),
77
78     /// To support alloc-free locals, we are able to write directly to a local.
79     /// (Without that optimization, we'd just always be a `MemPlace`.)
80     Local { frame: usize, local: mir::Local },
81 }
82
83 #[derive(Copy, Clone, Debug)]
84 pub struct PlaceTy<'tcx, Tag = ()> {
85     place: Place<Tag>, // Keep this private; it helps enforce invariants.
86     pub layout: TyAndLayout<'tcx>,
87 }
88
89 impl<'tcx, Tag> ::std::ops::Deref for PlaceTy<'tcx, Tag> {
90     type Target = Place<Tag>;
91     #[inline(always)]
92     fn deref(&self) -> &Place<Tag> {
93         &self.place
94     }
95 }
96
97 /// A MemPlace with its layout. Constructing it is only possible in this module.
98 #[derive(Copy, Clone, Debug, Hash, Eq, PartialEq)]
99 pub struct MPlaceTy<'tcx, Tag = ()> {
100     mplace: MemPlace<Tag>,
101     pub layout: TyAndLayout<'tcx>,
102 }
103
104 impl<'tcx, Tag> ::std::ops::Deref for MPlaceTy<'tcx, Tag> {
105     type Target = MemPlace<Tag>;
106     #[inline(always)]
107     fn deref(&self) -> &MemPlace<Tag> {
108         &self.mplace
109     }
110 }
111
112 impl<'tcx, Tag> From<MPlaceTy<'tcx, Tag>> for PlaceTy<'tcx, Tag> {
113     #[inline(always)]
114     fn from(mplace: MPlaceTy<'tcx, Tag>) -> Self {
115         PlaceTy { place: Place::Ptr(mplace.mplace), layout: mplace.layout }
116     }
117 }
118
119 impl<Tag> MemPlace<Tag> {
120     /// Replace ptr tag, maintain vtable tag (if any)
121     #[inline]
122     pub fn replace_tag(self, new_tag: Tag) -> Self {
123         MemPlace { ptr: self.ptr.erase_tag().with_tag(new_tag), align: self.align, meta: self.meta }
124     }
125
126     #[inline]
127     pub fn erase_tag(self) -> MemPlace {
128         MemPlace { ptr: self.ptr.erase_tag(), align: self.align, meta: self.meta.erase_tag() }
129     }
130
131     #[inline(always)]
132     fn from_scalar_ptr(ptr: Scalar<Tag>, align: Align) -> Self {
133         MemPlace { ptr, align, meta: MemPlaceMeta::None }
134     }
135
136     #[inline(always)]
137     pub fn from_ptr(ptr: Pointer<Tag>, align: Align) -> Self {
138         Self::from_scalar_ptr(ptr.into(), align)
139     }
140
141     /// Turn a mplace into a (thin or wide) pointer, as a reference, pointing to the same space.
142     /// This is the inverse of `ref_to_mplace`.
143     #[inline(always)]
144     pub fn to_ref(self) -> Immediate<Tag> {
145         match self.meta {
146             MemPlaceMeta::None => Immediate::Scalar(self.ptr.into()),
147             MemPlaceMeta::Meta(meta) => Immediate::ScalarPair(self.ptr.into(), meta.into()),
148             MemPlaceMeta::Poison => bug!(
149                 "MPlaceTy::dangling may never be used to produce a \
150                 place that will have the address of its pointee taken"
151             ),
152         }
153     }
154
155     pub fn offset(
156         self,
157         offset: Size,
158         meta: MemPlaceMeta<Tag>,
159         cx: &impl HasDataLayout,
160     ) -> InterpResult<'tcx, Self> {
161         Ok(MemPlace {
162             ptr: self.ptr.ptr_offset(offset, cx)?,
163             align: self.align.restrict_for_offset(offset),
164             meta,
165         })
166     }
167 }
168
169 impl<'tcx, Tag> MPlaceTy<'tcx, Tag> {
170     /// Produces a MemPlace that works for ZST but nothing else
171     #[inline]
172     pub fn dangling(layout: TyAndLayout<'tcx>, cx: &impl HasDataLayout) -> Self {
173         let align = layout.align.abi;
174         let ptr = Scalar::from_machine_usize(align.bytes(), cx);
175         // `Poison` this to make sure that the pointer value `ptr` is never observable by the program.
176         MPlaceTy { mplace: MemPlace { ptr, align, meta: MemPlaceMeta::Poison }, layout }
177     }
178
179     /// Replace ptr tag, maintain vtable tag (if any)
180     #[inline]
181     pub fn replace_tag(self, new_tag: Tag) -> Self {
182         MPlaceTy { mplace: self.mplace.replace_tag(new_tag), layout: self.layout }
183     }
184
185     #[inline]
186     pub fn offset(
187         self,
188         offset: Size,
189         meta: MemPlaceMeta<Tag>,
190         layout: TyAndLayout<'tcx>,
191         cx: &impl HasDataLayout,
192     ) -> InterpResult<'tcx, Self> {
193         Ok(MPlaceTy { mplace: self.mplace.offset(offset, meta, cx)?, layout })
194     }
195
196     #[inline]
197     fn from_aligned_ptr(ptr: Pointer<Tag>, layout: TyAndLayout<'tcx>) -> Self {
198         MPlaceTy { mplace: MemPlace::from_ptr(ptr, layout.align.abi), layout }
199     }
200
201     #[inline]
202     pub(super) fn len(self, cx: &impl HasDataLayout) -> InterpResult<'tcx, u64> {
203         if self.layout.is_unsized() {
204             // We need to consult `meta` metadata
205             match self.layout.ty.kind {
206                 ty::Slice(..) | ty::Str => self.mplace.meta.unwrap_meta().to_machine_usize(cx),
207                 _ => bug!("len not supported on unsized type {:?}", self.layout.ty),
208             }
209         } else {
210             // Go through the layout.  There are lots of types that support a length,
211             // e.g., SIMD types.
212             match self.layout.fields {
213                 FieldsShape::Array { count, .. } => Ok(count),
214                 _ => bug!("len not supported on sized type {:?}", self.layout.ty),
215             }
216         }
217     }
218
219     #[inline]
220     pub(super) fn vtable(self) -> Scalar<Tag> {
221         match self.layout.ty.kind {
222             ty::Dynamic(..) => self.mplace.meta.unwrap_meta(),
223             _ => bug!("vtable not supported on type {:?}", self.layout.ty),
224         }
225     }
226 }
227
228 // These are defined here because they produce a place.
229 impl<'tcx, Tag: ::std::fmt::Debug + Copy> OpTy<'tcx, Tag> {
230     #[inline(always)]
231     /// Note: do not call `as_ref` on the resulting place. This function should only be used to
232     /// read from the resulting mplace, not to get its address back.
233     pub fn try_as_mplace(
234         self,
235         cx: &impl HasDataLayout,
236     ) -> Result<MPlaceTy<'tcx, Tag>, ImmTy<'tcx, Tag>> {
237         match *self {
238             Operand::Indirect(mplace) => Ok(MPlaceTy { mplace, layout: self.layout }),
239             Operand::Immediate(_) if self.layout.is_zst() => {
240                 Ok(MPlaceTy::dangling(self.layout, cx))
241             }
242             Operand::Immediate(imm) => Err(ImmTy::from_immediate(imm, self.layout)),
243         }
244     }
245
246     #[inline(always)]
247     /// Note: do not call `as_ref` on the resulting place. This function should only be used to
248     /// read from the resulting mplace, not to get its address back.
249     pub fn assert_mem_place(self, cx: &impl HasDataLayout) -> MPlaceTy<'tcx, Tag> {
250         self.try_as_mplace(cx).unwrap()
251     }
252 }
253
254 impl<Tag: ::std::fmt::Debug> Place<Tag> {
255     #[inline]
256     pub fn assert_mem_place(self) -> MemPlace<Tag> {
257         match self {
258             Place::Ptr(mplace) => mplace,
259             _ => bug!("assert_mem_place: expected Place::Ptr, got {:?}", self),
260         }
261     }
262 }
263
264 impl<'tcx, Tag: ::std::fmt::Debug> PlaceTy<'tcx, Tag> {
265     #[inline]
266     pub fn assert_mem_place(self) -> MPlaceTy<'tcx, Tag> {
267         MPlaceTy { mplace: self.place.assert_mem_place(), layout: self.layout }
268     }
269 }
270
271 // separating the pointer tag for `impl Trait`, see https://github.com/rust-lang/rust/issues/54385
272 impl<'mir, 'tcx: 'mir, Tag, M> InterpCx<'mir, 'tcx, M>
273 where
274     // FIXME: Working around https://github.com/rust-lang/rust/issues/54385
275     Tag: ::std::fmt::Debug + Copy + Eq + Hash + 'static,
276     M: Machine<'mir, 'tcx, PointerTag = Tag>,
277     // FIXME: Working around https://github.com/rust-lang/rust/issues/24159
278     M::MemoryMap: AllocMap<AllocId, (MemoryKind<M::MemoryKind>, Allocation<Tag, M::AllocExtra>)>,
279     M::AllocExtra: AllocationExtra<Tag>,
280 {
281     /// Take a value, which represents a (thin or wide) reference, and make it a place.
282     /// Alignment is just based on the type.  This is the inverse of `MemPlace::to_ref()`.
283     ///
284     /// Only call this if you are sure the place is "valid" (aligned and inbounds), or do not
285     /// want to ever use the place for memory access!
286     /// Generally prefer `deref_operand`.
287     pub fn ref_to_mplace(
288         &self,
289         val: ImmTy<'tcx, M::PointerTag>,
290     ) -> InterpResult<'tcx, MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>> {
291         let pointee_type =
292             val.layout.ty.builtin_deref(true).expect("`ref_to_mplace` called on non-ptr type").ty;
293         let layout = self.layout_of(pointee_type)?;
294         let (ptr, meta) = match *val {
295             Immediate::Scalar(ptr) => (ptr.not_undef()?, MemPlaceMeta::None),
296             Immediate::ScalarPair(ptr, meta) => {
297                 (ptr.not_undef()?, MemPlaceMeta::Meta(meta.not_undef()?))
298             }
299         };
300
301         let mplace = MemPlace {
302             ptr,
303             // We could use the run-time alignment here. For now, we do not, because
304             // the point of tracking the alignment here is to make sure that the *static*
305             // alignment information emitted with the loads is correct. The run-time
306             // alignment can only be more restrictive.
307             align: layout.align.abi,
308             meta,
309         };
310         Ok(MPlaceTy { mplace, layout })
311     }
312
313     /// Take an operand, representing a pointer, and dereference it to a place -- that
314     /// will always be a MemPlace.  Lives in `place.rs` because it creates a place.
315     pub fn deref_operand(
316         &self,
317         src: OpTy<'tcx, M::PointerTag>,
318     ) -> InterpResult<'tcx, MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>> {
319         let val = self.read_immediate(src)?;
320         trace!("deref to {} on {:?}", val.layout.ty, *val);
321         let place = self.ref_to_mplace(val)?;
322         self.mplace_access_checked(place, None)
323     }
324
325     /// Check if the given place is good for memory access with the given
326     /// size, falling back to the layout's size if `None` (in the latter case,
327     /// this must be a statically sized type).
328     ///
329     /// On success, returns `None` for zero-sized accesses (where nothing else is
330     /// left to do) and a `Pointer` to use for the actual access otherwise.
331     #[inline]
332     pub(super) fn check_mplace_access(
333         &self,
334         place: MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
335         size: Option<Size>,
336     ) -> InterpResult<'tcx, Option<Pointer<M::PointerTag>>> {
337         let size = size.unwrap_or_else(|| {
338             assert!(!place.layout.is_unsized());
339             assert!(!place.meta.has_meta());
340             place.layout.size
341         });
342         self.memory.check_ptr_access(place.ptr, size, place.align)
343     }
344
345     /// Return the "access-checked" version of this `MPlace`, where for non-ZST
346     /// this is definitely a `Pointer`.
347     ///
348     /// `force_align` must only be used when correct alignment does not matter,
349     /// like in Stacked Borrows.
350     pub fn mplace_access_checked(
351         &self,
352         mut place: MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
353         force_align: Option<Align>,
354     ) -> InterpResult<'tcx, MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>> {
355         let (size, align) = self
356             .size_and_align_of_mplace(place)?
357             .unwrap_or((place.layout.size, place.layout.align.abi));
358         assert!(place.mplace.align <= align, "dynamic alignment less strict than static one?");
359         // Check (stricter) dynamic alignment, unless forced otherwise.
360         place.mplace.align = force_align.unwrap_or(align);
361         // When dereferencing a pointer, it must be non-NULL, aligned, and live.
362         if let Some(ptr) = self.check_mplace_access(place, Some(size))? {
363             place.mplace.ptr = ptr.into();
364         }
365         Ok(place)
366     }
367
368     /// Force `place.ptr` to a `Pointer`.
369     /// Can be helpful to avoid lots of `force_ptr` calls later, if this place is used a lot.
370     pub(super) fn force_mplace_ptr(
371         &self,
372         mut place: MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
373     ) -> InterpResult<'tcx, MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>> {
374         place.mplace.ptr = self.force_ptr(place.mplace.ptr)?.into();
375         Ok(place)
376     }
377
378     /// Offset a pointer to project to a field of a struct/union. Unlike `place_field`, this is
379     /// always possible without allocating, so it can take `&self`. Also return the field's layout.
380     /// This supports both struct and array fields.
381     ///
382     /// This also works for arrays, but then the `usize` index type is restricting.
383     /// For indexing into arrays, use `mplace_index`.
384     #[inline(always)]
385     pub fn mplace_field(
386         &self,
387         base: MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
388         field: usize,
389     ) -> InterpResult<'tcx, MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>> {
390         let offset = base.layout.fields.offset(field);
391         let field_layout = base.layout.field(self, field)?;
392
393         // Offset may need adjustment for unsized fields.
394         let (meta, offset) = if field_layout.is_unsized() {
395             // Re-use parent metadata to determine dynamic field layout.
396             // With custom DSTS, this *will* execute user-defined code, but the same
397             // happens at run-time so that's okay.
398             let align = match self.size_and_align_of(base.meta, field_layout)? {
399                 Some((_, align)) => align,
400                 None if offset == Size::ZERO => {
401                     // An extern type at offset 0, we fall back to its static alignment.
402                     // FIXME: Once we have made decisions for how to handle size and alignment
403                     // of `extern type`, this should be adapted.  It is just a temporary hack
404                     // to get some code to work that probably ought to work.
405                     field_layout.align.abi
406                 }
407                 None => bug!("Cannot compute offset for extern type field at non-0 offset"),
408             };
409             (base.meta, offset.align_to(align))
410         } else {
411             // base.meta could be present; we might be accessing a sized field of an unsized
412             // struct.
413             (MemPlaceMeta::None, offset)
414         };
415
416         // We do not look at `base.layout.align` nor `field_layout.align`, unlike
417         // codegen -- mostly to see if we can get away with that
418         base.offset(offset, meta, field_layout, self)
419     }
420
421     /// Index into an array.
422     #[inline(always)]
423     pub fn mplace_index(
424         &self,
425         base: MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
426         index: u64,
427     ) -> InterpResult<'tcx, MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>> {
428         // Not using the layout method because we want to compute on u64
429         match base.layout.fields {
430             FieldsShape::Array { stride, .. } => {
431                 let len = base.len(self)?;
432                 if index >= len {
433                     // This can only be reached in ConstProp and non-rustc-MIR.
434                     throw_ub!(BoundsCheckFailed { len, index });
435                 }
436                 let offset = stride * index; // `Size` multiplication
437                 // All fields have the same layout.
438                 let field_layout = base.layout.field(self, 0)?;
439
440                 assert!(!field_layout.is_unsized());
441                 base.offset(offset, MemPlaceMeta::None, field_layout, self)
442             }
443             _ => bug!("`mplace_index` called on non-array type {:?}", base.layout.ty),
444         }
445     }
446
447     // Iterates over all fields of an array. Much more efficient than doing the
448     // same by repeatedly calling `mplace_array`.
449     pub(super) fn mplace_array_fields(
450         &self,
451         base: MPlaceTy<'tcx, Tag>,
452     ) -> InterpResult<'tcx, impl Iterator<Item = InterpResult<'tcx, MPlaceTy<'tcx, Tag>>> + 'tcx>
453     {
454         let len = base.len(self)?; // also asserts that we have a type where this makes sense
455         let stride = match base.layout.fields {
456             FieldsShape::Array { stride, .. } => stride,
457             _ => bug!("mplace_array_fields: expected an array layout"),
458         };
459         let layout = base.layout.field(self, 0)?;
460         let dl = &self.tcx.data_layout;
461         // `Size` multiplication
462         Ok((0..len).map(move |i| base.offset(stride * i, MemPlaceMeta::None, layout, dl)))
463     }
464
465     fn mplace_subslice(
466         &self,
467         base: MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
468         from: u64,
469         to: u64,
470         from_end: bool,
471     ) -> InterpResult<'tcx, MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>> {
472         let len = base.len(self)?; // also asserts that we have a type where this makes sense
473         let actual_to = if from_end {
474             if from.checked_add(to).map_or(true, |to| to > len) {
475                 // This can only be reached in ConstProp and non-rustc-MIR.
476                 throw_ub!(BoundsCheckFailed { len: len, index: from.saturating_add(to) });
477             }
478             len.checked_sub(to).unwrap()
479         } else {
480             to
481         };
482
483         // Not using layout method because that works with usize, and does not work with slices
484         // (that have count 0 in their layout).
485         let from_offset = match base.layout.fields {
486             FieldsShape::Array { stride, .. } => stride * from, // `Size` multiplication is checked
487             _ => bug!("Unexpected layout of index access: {:#?}", base.layout),
488         };
489
490         // Compute meta and new layout
491         let inner_len = actual_to.checked_sub(from).unwrap();
492         let (meta, ty) = match base.layout.ty.kind {
493             // It is not nice to match on the type, but that seems to be the only way to
494             // implement this.
495             ty::Array(inner, _) => (MemPlaceMeta::None, self.tcx.mk_array(inner, inner_len)),
496             ty::Slice(..) => {
497                 let len = Scalar::from_machine_usize(inner_len, self);
498                 (MemPlaceMeta::Meta(len), base.layout.ty)
499             }
500             _ => bug!("cannot subslice non-array type: `{:?}`", base.layout.ty),
501         };
502         let layout = self.layout_of(ty)?;
503         base.offset(from_offset, meta, layout, self)
504     }
505
506     pub(super) fn mplace_downcast(
507         &self,
508         base: MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
509         variant: VariantIdx,
510     ) -> InterpResult<'tcx, MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>> {
511         // Downcasts only change the layout
512         assert!(!base.meta.has_meta());
513         Ok(MPlaceTy { layout: base.layout.for_variant(self, variant), ..base })
514     }
515
516     /// Project into an mplace
517     pub(super) fn mplace_projection(
518         &self,
519         base: MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
520         proj_elem: &mir::PlaceElem<'tcx>,
521     ) -> InterpResult<'tcx, MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>> {
522         use rustc_middle::mir::ProjectionElem::*;
523         Ok(match *proj_elem {
524             Field(field, _) => self.mplace_field(base, field.index())?,
525             Downcast(_, variant) => self.mplace_downcast(base, variant)?,
526             Deref => self.deref_operand(base.into())?,
527
528             Index(local) => {
529                 let layout = self.layout_of(self.tcx.types.usize)?;
530                 let n = self.access_local(self.frame(), local, Some(layout))?;
531                 let n = self.read_scalar(n)?;
532                 let n = u64::try_from(
533                     self.force_bits(n.not_undef()?, self.tcx.data_layout.pointer_size)?,
534                 )
535                 .unwrap();
536                 self.mplace_index(base, n)?
537             }
538
539             ConstantIndex { offset, min_length, from_end } => {
540                 let n = base.len(self)?;
541                 if n < u64::from(min_length) {
542                     // This can only be reached in ConstProp and non-rustc-MIR.
543                     throw_ub!(BoundsCheckFailed { len: min_length.into(), index: n });
544                 }
545
546                 let index = if from_end {
547                     assert!(0 < offset && offset <= min_length);
548                     n.checked_sub(u64::from(offset)).unwrap()
549                 } else {
550                     assert!(offset < min_length);
551                     u64::from(offset)
552                 };
553
554                 self.mplace_index(base, index)?
555             }
556
557             Subslice { from, to, from_end } => {
558                 self.mplace_subslice(base, u64::from(from), u64::from(to), from_end)?
559             }
560         })
561     }
562
563     /// Gets the place of a field inside the place, and also the field's type.
564     /// Just a convenience function, but used quite a bit.
565     /// This is the only projection that might have a side-effect: We cannot project
566     /// into the field of a local `ScalarPair`, we have to first allocate it.
567     pub fn place_field(
568         &mut self,
569         base: PlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
570         field: usize,
571     ) -> InterpResult<'tcx, PlaceTy<'tcx, M::PointerTag>> {
572         // FIXME: We could try to be smarter and avoid allocation for fields that span the
573         // entire place.
574         let mplace = self.force_allocation(base)?;
575         Ok(self.mplace_field(mplace, field)?.into())
576     }
577
578     pub fn place_index(
579         &mut self,
580         base: PlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
581         index: u64,
582     ) -> InterpResult<'tcx, PlaceTy<'tcx, M::PointerTag>> {
583         let mplace = self.force_allocation(base)?;
584         Ok(self.mplace_index(mplace, index)?.into())
585     }
586
587     pub fn place_downcast(
588         &self,
589         base: PlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
590         variant: VariantIdx,
591     ) -> InterpResult<'tcx, PlaceTy<'tcx, M::PointerTag>> {
592         // Downcast just changes the layout
593         Ok(match base.place {
594             Place::Ptr(mplace) => {
595                 self.mplace_downcast(MPlaceTy { mplace, layout: base.layout }, variant)?.into()
596             }
597             Place::Local { .. } => {
598                 let layout = base.layout.for_variant(self, variant);
599                 PlaceTy { layout, ..base }
600             }
601         })
602     }
603
604     /// Projects into a place.
605     pub fn place_projection(
606         &mut self,
607         base: PlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
608         proj_elem: &mir::ProjectionElem<mir::Local, Ty<'tcx>>,
609     ) -> InterpResult<'tcx, PlaceTy<'tcx, M::PointerTag>> {
610         use rustc_middle::mir::ProjectionElem::*;
611         Ok(match *proj_elem {
612             Field(field, _) => self.place_field(base, field.index())?,
613             Downcast(_, variant) => self.place_downcast(base, variant)?,
614             Deref => self.deref_operand(self.place_to_op(base)?)?.into(),
615             // For the other variants, we have to force an allocation.
616             // This matches `operand_projection`.
617             Subslice { .. } | ConstantIndex { .. } | Index(_) => {
618                 let mplace = self.force_allocation(base)?;
619                 self.mplace_projection(mplace, proj_elem)?.into()
620             }
621         })
622     }
623
624     /// Computes a place. You should only use this if you intend to write into this
625     /// place; for reading, a more efficient alternative is `eval_place_for_read`.
626     pub fn eval_place(
627         &mut self,
628         place: mir::Place<'tcx>,
629     ) -> InterpResult<'tcx, PlaceTy<'tcx, M::PointerTag>> {
630         let mut place_ty = PlaceTy {
631             // This works even for dead/uninitialized locals; we check further when writing
632             place: Place::Local { frame: self.frame_idx(), local: place.local },
633             layout: self.layout_of_local(self.frame(), place.local, None)?,
634         };
635
636         for elem in place.projection.iter() {
637             place_ty = self.place_projection(place_ty, elem)?
638         }
639
640         self.dump_place(place_ty.place);
641         Ok(place_ty)
642     }
643
644     /// Write a scalar to a place
645     #[inline(always)]
646     pub fn write_scalar(
647         &mut self,
648         val: impl Into<ScalarMaybeUninit<M::PointerTag>>,
649         dest: PlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
650     ) -> InterpResult<'tcx> {
651         self.write_immediate(Immediate::Scalar(val.into()), dest)
652     }
653
654     /// Write an immediate to a place
655     #[inline(always)]
656     pub fn write_immediate(
657         &mut self,
658         src: Immediate<M::PointerTag>,
659         dest: PlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
660     ) -> InterpResult<'tcx> {
661         self.write_immediate_no_validate(src, dest)?;
662
663         if M::enforce_validity(self) {
664             // Data got changed, better make sure it matches the type!
665             self.validate_operand(self.place_to_op(dest)?)?;
666         }
667
668         Ok(())
669     }
670
671     /// Write an `Immediate` to memory.
672     #[inline(always)]
673     pub fn write_immediate_to_mplace(
674         &mut self,
675         src: Immediate<M::PointerTag>,
676         dest: MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
677     ) -> InterpResult<'tcx> {
678         self.write_immediate_to_mplace_no_validate(src, dest)?;
679
680         if M::enforce_validity(self) {
681             // Data got changed, better make sure it matches the type!
682             self.validate_operand(dest.into())?;
683         }
684
685         Ok(())
686     }
687
688     /// Write an immediate to a place.
689     /// If you use this you are responsible for validating that things got copied at the
690     /// right type.
691     fn write_immediate_no_validate(
692         &mut self,
693         src: Immediate<M::PointerTag>,
694         dest: PlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
695     ) -> InterpResult<'tcx> {
696         if cfg!(debug_assertions) {
697             // This is a very common path, avoid some checks in release mode
698             assert!(!dest.layout.is_unsized(), "Cannot write unsized data");
699             match src {
700                 Immediate::Scalar(ScalarMaybeUninit::Scalar(Scalar::Ptr(_))) => assert_eq!(
701                     self.pointer_size(),
702                     dest.layout.size,
703                     "Size mismatch when writing pointer"
704                 ),
705                 Immediate::Scalar(ScalarMaybeUninit::Scalar(Scalar::Raw { size, .. })) => {
706                     assert_eq!(
707                         Size::from_bytes(size),
708                         dest.layout.size,
709                         "Size mismatch when writing bits"
710                     )
711                 }
712                 Immediate::Scalar(ScalarMaybeUninit::Uninit) => {} // undef can have any size
713                 Immediate::ScalarPair(_, _) => {
714                     // FIXME: Can we check anything here?
715                 }
716             }
717         }
718         trace!("write_immediate: {:?} <- {:?}: {}", *dest, src, dest.layout.ty);
719
720         // See if we can avoid an allocation. This is the counterpart to `try_read_immediate`,
721         // but not factored as a separate function.
722         let mplace = match dest.place {
723             Place::Local { frame, local } => {
724                 match self.stack_mut()[frame].locals[local].access_mut()? {
725                     Ok(local) => {
726                         // Local can be updated in-place.
727                         *local = LocalValue::Live(Operand::Immediate(src));
728                         return Ok(());
729                     }
730                     Err(mplace) => {
731                         // The local is in memory, go on below.
732                         mplace
733                     }
734                 }
735             }
736             Place::Ptr(mplace) => mplace, // already referring to memory
737         };
738         let dest = MPlaceTy { mplace, layout: dest.layout };
739
740         // This is already in memory, write there.
741         self.write_immediate_to_mplace_no_validate(src, dest)
742     }
743
744     /// Write an immediate to memory.
745     /// If you use this you are responsible for validating that things got copied at the
746     /// right type.
747     fn write_immediate_to_mplace_no_validate(
748         &mut self,
749         value: Immediate<M::PointerTag>,
750         dest: MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
751     ) -> InterpResult<'tcx> {
752         // Note that it is really important that the type here is the right one, and matches the
753         // type things are read at. In case `src_val` is a `ScalarPair`, we don't do any magic here
754         // to handle padding properly, which is only correct if we never look at this data with the
755         // wrong type.
756
757         // Invalid places are a thing: the return place of a diverging function
758         let ptr = match self.check_mplace_access(dest, None)? {
759             Some(ptr) => ptr,
760             None => return Ok(()), // zero-sized access
761         };
762
763         let tcx = &*self.tcx;
764         // FIXME: We should check that there are dest.layout.size many bytes available in
765         // memory.  The code below is not sufficient, with enough padding it might not
766         // cover all the bytes!
767         match value {
768             Immediate::Scalar(scalar) => {
769                 match dest.layout.abi {
770                     Abi::Scalar(_) => {} // fine
771                     _ => {
772                         bug!("write_immediate_to_mplace: invalid Scalar layout: {:#?}", dest.layout)
773                     }
774                 }
775                 self.memory.get_raw_mut(ptr.alloc_id)?.write_scalar(
776                     tcx,
777                     ptr,
778                     scalar,
779                     dest.layout.size,
780                 )
781             }
782             Immediate::ScalarPair(a_val, b_val) => {
783                 // We checked `ptr_align` above, so all fields will have the alignment they need.
784                 // We would anyway check against `ptr_align.restrict_for_offset(b_offset)`,
785                 // which `ptr.offset(b_offset)` cannot possibly fail to satisfy.
786                 let (a, b) = match dest.layout.abi {
787                     Abi::ScalarPair(ref a, ref b) => (&a.value, &b.value),
788                     _ => bug!(
789                         "write_immediate_to_mplace: invalid ScalarPair layout: {:#?}",
790                         dest.layout
791                     ),
792                 };
793                 let (a_size, b_size) = (a.size(self), b.size(self));
794                 let b_offset = a_size.align_to(b.align(self).abi);
795                 let b_ptr = ptr.offset(b_offset, self)?;
796
797                 // It is tempting to verify `b_offset` against `layout.fields.offset(1)`,
798                 // but that does not work: We could be a newtype around a pair, then the
799                 // fields do not match the `ScalarPair` components.
800
801                 self.memory.get_raw_mut(ptr.alloc_id)?.write_scalar(tcx, ptr, a_val, a_size)?;
802                 self.memory.get_raw_mut(b_ptr.alloc_id)?.write_scalar(tcx, b_ptr, b_val, b_size)
803             }
804         }
805     }
806
807     /// Copies the data from an operand to a place. This does not support transmuting!
808     /// Use `copy_op_transmute` if the layouts could disagree.
809     #[inline(always)]
810     pub fn copy_op(
811         &mut self,
812         src: OpTy<'tcx, M::PointerTag>,
813         dest: PlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
814     ) -> InterpResult<'tcx> {
815         self.copy_op_no_validate(src, dest)?;
816
817         if M::enforce_validity(self) {
818             // Data got changed, better make sure it matches the type!
819             self.validate_operand(self.place_to_op(dest)?)?;
820         }
821
822         Ok(())
823     }
824
825     /// Copies the data from an operand to a place. This does not support transmuting!
826     /// Use `copy_op_transmute` if the layouts could disagree.
827     /// Also, if you use this you are responsible for validating that things get copied at the
828     /// right type.
829     fn copy_op_no_validate(
830         &mut self,
831         src: OpTy<'tcx, M::PointerTag>,
832         dest: PlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
833     ) -> InterpResult<'tcx> {
834         // We do NOT compare the types for equality, because well-typed code can
835         // actually "transmute" `&mut T` to `&T` in an assignment without a cast.
836         if !mir_assign_valid_types(self.tcx.tcx, src.layout, dest.layout) {
837             span_bug!(
838                 self.tcx.span,
839                 "type mismatch when copying!\nsrc: {:?},\ndest: {:?}",
840                 src.layout.ty,
841                 dest.layout.ty,
842             );
843         }
844
845         // Let us see if the layout is simple so we take a shortcut, avoid force_allocation.
846         let src = match self.try_read_immediate(src)? {
847             Ok(src_val) => {
848                 assert!(!src.layout.is_unsized(), "cannot have unsized immediates");
849                 // Yay, we got a value that we can write directly.
850                 // FIXME: Add a check to make sure that if `src` is indirect,
851                 // it does not overlap with `dest`.
852                 return self.write_immediate_no_validate(*src_val, dest);
853             }
854             Err(mplace) => mplace,
855         };
856         // Slow path, this does not fit into an immediate. Just memcpy.
857         trace!("copy_op: {:?} <- {:?}: {}", *dest, src, dest.layout.ty);
858
859         // This interprets `src.meta` with the `dest` local's layout, if an unsized local
860         // is being initialized!
861         let (dest, size) = self.force_allocation_maybe_sized(dest, src.meta)?;
862         let size = size.unwrap_or_else(|| {
863             assert!(
864                 !dest.layout.is_unsized(),
865                 "Cannot copy into already initialized unsized place"
866             );
867             dest.layout.size
868         });
869         assert_eq!(src.meta, dest.meta, "Can only copy between equally-sized instances");
870
871         let src = self
872             .check_mplace_access(src, Some(size))
873             .expect("places should be checked on creation");
874         let dest = self
875             .check_mplace_access(dest, Some(size))
876             .expect("places should be checked on creation");
877         let (src_ptr, dest_ptr) = match (src, dest) {
878             (Some(src_ptr), Some(dest_ptr)) => (src_ptr, dest_ptr),
879             (None, None) => return Ok(()), // zero-sized copy
880             _ => bug!("The pointers should both be Some or both None"),
881         };
882
883         self.memory.copy(src_ptr, dest_ptr, size, /*nonoverlapping*/ true)
884     }
885
886     /// Copies the data from an operand to a place. The layouts may disagree, but they must
887     /// have the same size.
888     pub fn copy_op_transmute(
889         &mut self,
890         src: OpTy<'tcx, M::PointerTag>,
891         dest: PlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
892     ) -> InterpResult<'tcx> {
893         if mir_assign_valid_types(self.tcx.tcx, src.layout, dest.layout) {
894             // Fast path: Just use normal `copy_op`
895             return self.copy_op(src, dest);
896         }
897         // We still require the sizes to match.
898         if src.layout.size != dest.layout.size {
899             // FIXME: This should be an assert instead of an error, but if we transmute within an
900             // array length computation, `typeck` may not have yet been run and errored out. In fact
901             // most likey we *are* running `typeck` right now. Investigate whether we can bail out
902             // on `typeck_tables().has_errors` at all const eval entry points.
903             debug!("Size mismatch when transmuting!\nsrc: {:#?}\ndest: {:#?}", src, dest);
904             self.tcx.sess.delay_span_bug(
905                 self.tcx.span,
906                 "size-changing transmute, should have been caught by transmute checking",
907             );
908             throw_inval!(TransmuteSizeDiff(src.layout.ty, dest.layout.ty));
909         }
910         // Unsized copies rely on interpreting `src.meta` with `dest.layout`, we want
911         // to avoid that here.
912         assert!(
913             !src.layout.is_unsized() && !dest.layout.is_unsized(),
914             "Cannot transmute unsized data"
915         );
916
917         // The hard case is `ScalarPair`.  `src` is already read from memory in this case,
918         // using `src.layout` to figure out which bytes to use for the 1st and 2nd field.
919         // We have to write them to `dest` at the offsets they were *read at*, which is
920         // not necessarily the same as the offsets in `dest.layout`!
921         // Hence we do the copy with the source layout on both sides.  We also make sure to write
922         // into memory, because if `dest` is a local we would not even have a way to write
923         // at the `src` offsets; the fact that we came from a different layout would
924         // just be lost.
925         let dest = self.force_allocation(dest)?;
926         self.copy_op_no_validate(
927             src,
928             PlaceTy::from(MPlaceTy { mplace: *dest, layout: src.layout }),
929         )?;
930
931         if M::enforce_validity(self) {
932             // Data got changed, better make sure it matches the type!
933             self.validate_operand(dest.into())?;
934         }
935
936         Ok(())
937     }
938
939     /// Ensures that a place is in memory, and returns where it is.
940     /// If the place currently refers to a local that doesn't yet have a matching allocation,
941     /// create such an allocation.
942     /// This is essentially `force_to_memplace`.
943     ///
944     /// This supports unsized types and returns the computed size to avoid some
945     /// redundant computation when copying; use `force_allocation` for a simpler, sized-only
946     /// version.
947     pub fn force_allocation_maybe_sized(
948         &mut self,
949         place: PlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
950         meta: MemPlaceMeta<M::PointerTag>,
951     ) -> InterpResult<'tcx, (MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>, Option<Size>)> {
952         let (mplace, size) = match place.place {
953             Place::Local { frame, local } => {
954                 match self.stack_mut()[frame].locals[local].access_mut()? {
955                     Ok(&mut local_val) => {
956                         // We need to make an allocation.
957
958                         // We need the layout of the local.  We can NOT use the layout we got,
959                         // that might e.g., be an inner field of a struct with `Scalar` layout,
960                         // that has different alignment than the outer field.
961                         let local_layout =
962                             self.layout_of_local(&self.stack()[frame], local, None)?;
963                         // We also need to support unsized types, and hence cannot use `allocate`.
964                         let (size, align) = self
965                             .size_and_align_of(meta, local_layout)?
966                             .expect("Cannot allocate for non-dyn-sized type");
967                         let ptr = self.memory.allocate(size, align, MemoryKind::Stack);
968                         let mplace = MemPlace { ptr: ptr.into(), align, meta };
969                         if let LocalValue::Live(Operand::Immediate(value)) = local_val {
970                             // Preserve old value.
971                             // We don't have to validate as we can assume the local
972                             // was already valid for its type.
973                             let mplace = MPlaceTy { mplace, layout: local_layout };
974                             self.write_immediate_to_mplace_no_validate(value, mplace)?;
975                         }
976                         // Now we can call `access_mut` again, asserting it goes well,
977                         // and actually overwrite things.
978                         *self.stack_mut()[frame].locals[local].access_mut().unwrap().unwrap() =
979                             LocalValue::Live(Operand::Indirect(mplace));
980                         (mplace, Some(size))
981                     }
982                     Err(mplace) => (mplace, None), // this already was an indirect local
983                 }
984             }
985             Place::Ptr(mplace) => (mplace, None),
986         };
987         // Return with the original layout, so that the caller can go on
988         Ok((MPlaceTy { mplace, layout: place.layout }, size))
989     }
990
991     #[inline(always)]
992     pub fn force_allocation(
993         &mut self,
994         place: PlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
995     ) -> InterpResult<'tcx, MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>> {
996         Ok(self.force_allocation_maybe_sized(place, MemPlaceMeta::None)?.0)
997     }
998
999     pub fn allocate(
1000         &mut self,
1001         layout: TyAndLayout<'tcx>,
1002         kind: MemoryKind<M::MemoryKind>,
1003     ) -> MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag> {
1004         let ptr = self.memory.allocate(layout.size, layout.align.abi, kind);
1005         MPlaceTy::from_aligned_ptr(ptr, layout)
1006     }
1007
1008     /// Returns a wide MPlace.
1009     pub fn allocate_str(
1010         &mut self,
1011         str: &str,
1012         kind: MemoryKind<M::MemoryKind>,
1013     ) -> MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag> {
1014         let ptr = self.memory.allocate_bytes(str.as_bytes(), kind);
1015         let meta = Scalar::from_machine_usize(u64::try_from(str.len()).unwrap(), self);
1016         let mplace = MemPlace {
1017             ptr: ptr.into(),
1018             align: Align::from_bytes(1).unwrap(),
1019             meta: MemPlaceMeta::Meta(meta),
1020         };
1021
1022         let layout = self.layout_of(self.tcx.mk_static_str()).unwrap();
1023         MPlaceTy { mplace, layout }
1024     }
1025
1026     pub fn write_discriminant_index(
1027         &mut self,
1028         variant_index: VariantIdx,
1029         dest: PlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
1030     ) -> InterpResult<'tcx> {
1031         // Layout computation excludes uninhabited variants from consideration
1032         // therefore there's no way to represent those variants in the given layout.
1033         if dest.layout.for_variant(self, variant_index).abi.is_uninhabited() {
1034             throw_ub!(Unreachable);
1035         }
1036
1037         match dest.layout.variants {
1038             Variants::Single { index } => {
1039                 assert_eq!(index, variant_index);
1040             }
1041             Variants::Multiple {
1042                 discr_kind: DiscriminantKind::Tag,
1043                 discr: ref discr_layout,
1044                 discr_index,
1045                 ..
1046             } => {
1047                 // No need to validate that the discriminant here because the
1048                 // `TyAndLayout::for_variant()` call earlier already checks the variant is valid.
1049
1050                 let discr_val =
1051                     dest.layout.ty.discriminant_for_variant(*self.tcx, variant_index).unwrap().val;
1052
1053                 // raw discriminants for enums are isize or bigger during
1054                 // their computation, but the in-memory tag is the smallest possible
1055                 // representation
1056                 let size = discr_layout.value.size(self);
1057                 let discr_val = truncate(discr_val, size);
1058
1059                 let discr_dest = self.place_field(dest, discr_index)?;
1060                 self.write_scalar(Scalar::from_uint(discr_val, size), discr_dest)?;
1061             }
1062             Variants::Multiple {
1063                 discr_kind:
1064                     DiscriminantKind::Niche { dataful_variant, ref niche_variants, niche_start },
1065                 discr: ref discr_layout,
1066                 discr_index,
1067                 ..
1068             } => {
1069                 // No need to validate that the discriminant here because the
1070                 // `TyAndLayout::for_variant()` call earlier already checks the variant is valid.
1071
1072                 if variant_index != dataful_variant {
1073                     let variants_start = niche_variants.start().as_u32();
1074                     let variant_index_relative = variant_index
1075                         .as_u32()
1076                         .checked_sub(variants_start)
1077                         .expect("overflow computing relative variant idx");
1078                     // We need to use machine arithmetic when taking into account `niche_start`:
1079                     // discr_val = variant_index_relative + niche_start_val
1080                     let discr_layout = self.layout_of(discr_layout.value.to_int_ty(*self.tcx))?;
1081                     let niche_start_val = ImmTy::from_uint(niche_start, discr_layout);
1082                     let variant_index_relative_val =
1083                         ImmTy::from_uint(variant_index_relative, discr_layout);
1084                     let discr_val = self.binary_op(
1085                         mir::BinOp::Add,
1086                         variant_index_relative_val,
1087                         niche_start_val,
1088                     )?;
1089                     // Write result.
1090                     let niche_dest = self.place_field(dest, discr_index)?;
1091                     self.write_immediate(*discr_val, niche_dest)?;
1092                 }
1093             }
1094         }
1095
1096         Ok(())
1097     }
1098
1099     pub fn raw_const_to_mplace(
1100         &self,
1101         raw: RawConst<'tcx>,
1102     ) -> InterpResult<'tcx, MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>> {
1103         // This must be an allocation in `tcx`
1104         let _ = self.tcx.global_alloc(raw.alloc_id);
1105         let ptr = self.tag_global_base_pointer(Pointer::from(raw.alloc_id));
1106         let layout = self.layout_of(raw.ty)?;
1107         Ok(MPlaceTy::from_aligned_ptr(ptr, layout))
1108     }
1109
1110     /// Turn a place with a `dyn Trait` type into a place with the actual dynamic type.
1111     /// Also return some more information so drop doesn't have to run the same code twice.
1112     pub(super) fn unpack_dyn_trait(
1113         &self,
1114         mplace: MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>,
1115     ) -> InterpResult<'tcx, (ty::Instance<'tcx>, MPlaceTy<'tcx, M::PointerTag>)> {
1116         let vtable = mplace.vtable(); // also sanity checks the type
1117         let (instance, ty) = self.read_drop_type_from_vtable(vtable)?;
1118         let layout = self.layout_of(ty)?;
1119
1120         // More sanity checks
1121         if cfg!(debug_assertions) {
1122             let (size, align) = self.read_size_and_align_from_vtable(vtable)?;
1123             assert_eq!(size, layout.size);
1124             // only ABI alignment is preserved
1125             assert_eq!(align, layout.align.abi);
1126         }
1127
1128         let mplace = MPlaceTy { mplace: MemPlace { meta: MemPlaceMeta::None, ..*mplace }, layout };
1129         Ok((instance, mplace))
1130     }
1131 }