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