]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/tools/clang/lib/StaticAnalyzer/Checkers/UninitializedObject/UninitializedObject.h
Merge llvm, clang, compiler-rt, libc++, libunwind, lld, lldb and openmp
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / tools / clang / lib / StaticAnalyzer / Checkers / UninitializedObject / UninitializedObject.h
1 //===----- UninitializedObject.h ---------------------------------*- C++ -*-==//
2 //
3 // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4 // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5 // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6 //
7 //===----------------------------------------------------------------------===//
8 //
9 // This file defines helper classes for UninitializedObjectChecker and
10 // documentation about the logic of it.
11 //
12 // The checker reports uninitialized fields in objects created after a
13 // constructor call.
14 //
15 // This checker has several options:
16 //   - "Pedantic" (boolean). If its not set or is set to false, the checker
17 //     won't emit warnings for objects that don't have at least one initialized
18 //     field. This may be set with
19 //
20 //     `-analyzer-config optin.cplusplus.UninitializedObject:Pedantic=true`.
21 //
22 //   - "NotesAsWarnings" (boolean). If set to true, the checker will emit a
23 //     warning for each uninitialized field, as opposed to emitting one warning
24 //     per constructor call, and listing the uninitialized fields that belongs
25 //     to it in notes. Defaults to false.
26 //
27 //     `-analyzer-config \
28 //         optin.cplusplus.UninitializedObject:NotesAsWarnings=true`.
29 //
30 //   - "CheckPointeeInitialization" (boolean). If set to false, the checker will
31 //     not analyze the pointee of pointer/reference fields, and will only check
32 //     whether the object itself is initialized. Defaults to false.
33 //
34 //     `-analyzer-config \
35 //         optin.cplusplus.UninitializedObject:CheckPointeeInitialization=true`.
36 //
37 //     TODO: With some clever heuristics, some pointers should be dereferenced
38 //     by default. For example, if the pointee is constructed within the
39 //     constructor call, it's reasonable to say that no external object
40 //     references it, and we wouldn't generate multiple report on the same
41 //     pointee.
42 //
43 //   - "IgnoreRecordsWithField" (string). If supplied, the checker will not
44 //     analyze structures that have a field with a name or type name that
45 //     matches the given pattern. Defaults to "".
46 //
47 //     `-analyzer-config \
48 // optin.cplusplus.UninitializedObject:IgnoreRecordsWithField="[Tt]ag|[Kk]ind"`.
49 //
50 //   - "IgnoreGuardedFields" (boolean). If set to true, the checker will analyze
51 //     _syntactically_ whether the found uninitialized object is used without a
52 //     preceding assert call. Defaults to false.
53 //
54 //     `-analyzer-config \
55 //         optin.cplusplus.UninitializedObject:IgnoreGuardedFields=true`.
56 //
57 // Most of the following methods as well as the checker itself is defined in
58 // UninitializedObjectChecker.cpp.
59 //
60 // Some methods are implemented in UninitializedPointee.cpp, to reduce the
61 // complexity of the main checker file.
62 //
63 //===----------------------------------------------------------------------===//
64
65 #ifndef LLVM_CLANG_STATICANALYZER_UNINITIALIZEDOBJECT_H
66 #define LLVM_CLANG_STATICANALYZER_UNINITIALIZEDOBJECT_H
67
68 #include "clang/StaticAnalyzer/Core/PathSensitive/CheckerContext.h"
69
70 namespace clang {
71 namespace ento {
72
73 struct UninitObjCheckerOptions {
74   bool IsPedantic = false;
75   bool ShouldConvertNotesToWarnings = false;
76   bool CheckPointeeInitialization = false;
77   std::string IgnoredRecordsWithFieldPattern;
78   bool IgnoreGuardedFields = false;
79 };
80
81 /// A lightweight polymorphic wrapper around FieldRegion *. We'll use this
82 /// interface to store addinitional information about fields. As described
83 /// later, a list of these objects (i.e. "fieldchain") will be constructed and
84 /// used for printing note messages should an uninitialized value be found.
85 class FieldNode {
86 protected:
87   const FieldRegion *FR;
88
89   /// FieldNodes are never meant to be created on the heap, see
90   /// FindUninitializedFields::addFieldToUninits().
91   /* non-virtual */ ~FieldNode() = default;
92
93 public:
94   FieldNode(const FieldRegion *FR) : FR(FR) {}
95
96   // We'll delete all of these special member functions to force the users of
97   // this interface to only store references to FieldNode objects in containers.
98   FieldNode() = delete;
99   FieldNode(const FieldNode &) = delete;
100   FieldNode(FieldNode &&) = delete;
101   FieldNode &operator=(const FieldNode &) = delete;
102   FieldNode &operator=(const FieldNode &&) = delete;
103
104   void Profile(llvm::FoldingSetNodeID &ID) const { ID.AddPointer(this); }
105
106   /// Helper method for uniqueing.
107   bool isSameRegion(const FieldRegion *OtherFR) const {
108     // Special FieldNode descendants may wrap nullpointers (for example if they
109     // describe a special relationship between two elements of the fieldchain)
110     // -- we wouldn't like to unique these objects.
111     if (FR == nullptr)
112       return false;
113
114     return FR == OtherFR;
115   }
116
117   const FieldRegion *getRegion() const { return FR; }
118   const FieldDecl *getDecl() const {
119     assert(FR);
120     return FR->getDecl();
121   }
122
123   // When a fieldchain is printed, it will have the following format (without
124   // newline, indices are in order of insertion, from 1 to n):
125   //
126   // <note_message_n>'<prefix_n><prefix_n-1>...<prefix_1>
127   //       this-><node_1><separator_1><node_2><separator_2>...<node_n>'
128
129   /// If this is the last element of the fieldchain, this method will print the
130   /// note message associated with it.
131   /// The note message should state something like "uninitialized field" or
132   /// "uninitialized pointee" etc.
133   virtual void printNoteMsg(llvm::raw_ostream &Out) const = 0;
134
135   /// Print any prefixes before the fieldchain. Could contain casts, etc.
136   virtual void printPrefix(llvm::raw_ostream &Out) const = 0;
137
138   /// Print the node. Should contain the name of the field stored in FR.
139   virtual void printNode(llvm::raw_ostream &Out) const = 0;
140
141   /// Print the separator. For example, fields may be separated with '.' or
142   /// "->".
143   virtual void printSeparator(llvm::raw_ostream &Out) const = 0;
144
145   virtual bool isBase() const { return false; }
146 };
147
148 /// Returns with Field's name. This is a helper function to get the correct name
149 /// even if Field is a captured lambda variable.
150 std::string getVariableName(const FieldDecl *Field);
151
152 /// Represents a field chain. A field chain is a list of fields where the first
153 /// element of the chain is the object under checking (not stored), and every
154 /// other element is a field, and the element that precedes it is the object
155 /// that contains it.
156 ///
157 /// Note that this class is immutable (essentially a wrapper around an
158 /// ImmutableList), new FieldChainInfo objects may be created by member
159 /// functions such as add() and replaceHead().
160 class FieldChainInfo {
161 public:
162   using FieldChain = llvm::ImmutableList<const FieldNode &>;
163
164 private:
165   FieldChain::Factory &ChainFactory;
166   FieldChain Chain;
167
168   FieldChainInfo(FieldChain::Factory &F, FieldChain NewChain)
169       : FieldChainInfo(F) {
170     Chain = NewChain;
171   }
172
173 public:
174   FieldChainInfo() = delete;
175   FieldChainInfo(FieldChain::Factory &F) : ChainFactory(F) {}
176   FieldChainInfo(const FieldChainInfo &Other) = default;
177
178   /// Constructs a new FieldChainInfo object with \p FN appended.
179   template <class FieldNodeT> FieldChainInfo add(const FieldNodeT &FN);
180
181   /// Constructs a new FieldChainInfo object with \p FN as the new head of the
182   /// list.
183   template <class FieldNodeT> FieldChainInfo replaceHead(const FieldNodeT &FN);
184
185   bool contains(const FieldRegion *FR) const;
186   bool isEmpty() const { return Chain.isEmpty(); }
187
188   const FieldNode &getHead() const { return Chain.getHead(); }
189   const FieldRegion *getUninitRegion() const { return getHead().getRegion(); }
190
191   void printNoteMsg(llvm::raw_ostream &Out) const;
192 };
193
194 using UninitFieldMap = std::map<const FieldRegion *, llvm::SmallString<50>>;
195
196 /// Searches for and stores uninitialized fields in a non-union object.
197 class FindUninitializedFields {
198   ProgramStateRef State;
199   const TypedValueRegion *const ObjectR;
200
201   const UninitObjCheckerOptions Opts;
202   bool IsAnyFieldInitialized = false;
203
204   FieldChainInfo::FieldChain::Factory ChainFactory;
205
206   /// A map for assigning uninitialized regions to note messages. For example,
207   ///
208   ///   struct A {
209   ///     int x;
210   ///   };
211   ///
212   ///   A a;
213   ///
214   /// After analyzing `a`, the map will contain a pair for `a.x`'s region and
215   /// the note message "uninitialized field 'this->x'.
216   UninitFieldMap UninitFields;
217
218 public:
219   /// Constructs the FindUninitializedField object, searches for and stores
220   /// uninitialized fields in R.
221   FindUninitializedFields(ProgramStateRef State,
222                           const TypedValueRegion *const R,
223                           const UninitObjCheckerOptions &Opts);
224
225   /// Returns with the modified state and a map of (uninitialized region,
226   /// note message) pairs.
227   std::pair<ProgramStateRef, const UninitFieldMap &> getResults() {
228     return {State, UninitFields};
229   }
230
231   /// Returns whether the analyzed region contains at least one initialized
232   /// field. Note that this includes subfields as well, not just direct ones,
233   /// and will return false if an uninitialized pointee is found with
234   /// CheckPointeeInitialization enabled.
235   bool isAnyFieldInitialized() { return IsAnyFieldInitialized; }
236
237 private:
238   // For the purposes of this checker, we'll regard the analyzed region as a
239   // directed tree, where
240   //   * the root is the object under checking
241   //   * every node is an object that is
242   //     - a union
243   //     - a non-union record
244   //     - dereferenceable (see isDereferencableType())
245   //     - an array
246   //     - of a primitive type (see isPrimitiveType())
247   //   * the parent of each node is the object that contains it
248   //   * every leaf is an array, a primitive object, a nullptr or an undefined
249   //   pointer.
250   //
251   // Example:
252   //
253   //   struct A {
254   //      struct B {
255   //        int x, y = 0;
256   //      };
257   //      B b;
258   //      int *iptr = new int;
259   //      B* bptr;
260   //
261   //      A() {}
262   //   };
263   //
264   // The directed tree:
265   //
266   //           ->x
267   //          /
268   //      ->b--->y
269   //     /
270   //    A-->iptr->(int value)
271   //     \
272   //      ->bptr
273   //
274   // From this we'll construct a vector of fieldchains, where each fieldchain
275   // represents an uninitialized field. An uninitialized field may be a
276   // primitive object, a pointer, a pointee or a union without a single
277   // initialized field.
278   // In the above example, for the default constructor call we'll end up with
279   // these fieldchains:
280   //
281   //   this->b.x
282   //   this->iptr (pointee uninit)
283   //   this->bptr (pointer uninit)
284   //
285   // We'll traverse each node of the above graph with the appropriate one of
286   // these methods:
287
288   /// Checks the region of a union object, and returns true if no field is
289   /// initialized within the region.
290   bool isUnionUninit(const TypedValueRegion *R);
291
292   /// Checks a region of a non-union object, and returns true if an
293   /// uninitialized field is found within the region.
294   bool isNonUnionUninit(const TypedValueRegion *R, FieldChainInfo LocalChain);
295
296   /// Checks a region of a pointer or reference object, and returns true if the
297   /// ptr/ref object itself or any field within the pointee's region is
298   /// uninitialized.
299   bool isDereferencableUninit(const FieldRegion *FR, FieldChainInfo LocalChain);
300
301   /// Returns true if the value of a primitive object is uninitialized.
302   bool isPrimitiveUninit(const SVal &V);
303
304   // Note that we don't have a method for arrays -- the elements of an array are
305   // often left uninitialized intentionally even when it is of a C++ record
306   // type, so we'll assume that an array is always initialized.
307   // TODO: Add a support for nonloc::LocAsInteger.
308
309   /// Processes LocalChain and attempts to insert it into UninitFields. Returns
310   /// true on success. Also adds the head of the list and \p PointeeR (if
311   /// supplied) to the GDM as already analyzed objects.
312   ///
313   /// Since this class analyzes regions with recursion, we'll only store
314   /// references to temporary FieldNode objects created on the stack. This means
315   /// that after analyzing a leaf of the directed tree described above, the
316   /// elements LocalChain references will be destructed, so we can't store it
317   /// directly.
318   bool addFieldToUninits(FieldChainInfo LocalChain,
319                          const MemRegion *PointeeR = nullptr);
320 };
321
322 /// Returns true if T is a primitive type. An object of a primitive type only
323 /// needs to be analyzed as much as checking whether their value is undefined.
324 inline bool isPrimitiveType(const QualType &T) {
325   return T->isBuiltinType() || T->isEnumeralType() ||
326          T->isFunctionType() || T->isAtomicType() ||
327          T->isVectorType() || T->isScalarType();
328 }
329
330 inline bool isDereferencableType(const QualType &T) {
331   return T->isAnyPointerType() || T->isReferenceType();
332 }
333
334 // Template method definitions.
335
336 template <class FieldNodeT>
337 inline FieldChainInfo FieldChainInfo::add(const FieldNodeT &FN) {
338   assert(!contains(FN.getRegion()) &&
339          "Can't add a field that is already a part of the "
340          "fieldchain! Is this a cyclic reference?");
341
342   FieldChainInfo NewChain = *this;
343   NewChain.Chain = ChainFactory.add(FN, Chain);
344   return NewChain;
345 }
346
347 template <class FieldNodeT>
348 inline FieldChainInfo FieldChainInfo::replaceHead(const FieldNodeT &FN) {
349   FieldChainInfo NewChain(ChainFactory, Chain.getTail());
350   return NewChain.add(FN);
351 }
352
353 } // end of namespace ento
354 } // end of namespace clang
355
356 #endif // LLVM_CLANG_STATICANALYZER_UNINITIALIZEDOBJECT_H