contrib/llvm/tools/clang/lib/StaticAnalyzer/Core/Store.cpp

   1 //== Store.cpp - Interface for maps from Locations to Values ----*- 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 defined the types Store and StoreManager.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "clang/StaticAnalyzer/Core/PathSensitive/Store.h"
  15 #include "clang/StaticAnalyzer/Core/PathSensitive/CallEvent.h"
  16 #include "clang/StaticAnalyzer/Core/PathSensitive/ProgramState.h"
  17 #include "clang/AST/CharUnits.h"
  18 #include "clang/AST/CXXInheritance.h"
  19 #include "clang/AST/DeclObjC.h"
  20
  21 using namespace clang;
  22 using namespace ento;
  23
  24 StoreManager::StoreManager(ProgramStateManager &stateMgr)
  25   : svalBuilder(stateMgr.getSValBuilder()), StateMgr(stateMgr),
  26     MRMgr(svalBuilder.getRegionManager()), Ctx(stateMgr.getContext()) {}
  27
  28 StoreRef StoreManager::enterStackFrame(Store OldStore,
  29                                        const CallEvent &Call,
  30                                        const StackFrameContext *LCtx) {
  31   StoreRef Store = StoreRef(OldStore, *this);
  32
  33   SmallVector<CallEvent::FrameBindingTy, 16> InitialBindings;
  34   Call.getInitialStackFrameContents(LCtx, InitialBindings);
  35
  36   for (CallEvent::BindingsTy::iterator I = InitialBindings.begin(),
  37                                        E = InitialBindings.end();
  38        I != E; ++I) {
  39     Store = Bind(Store.getStore(), I->first, I->second);
  40   }
  41
  42   return Store;
  43 }
  44
  45 const MemRegion *StoreManager::MakeElementRegion(const MemRegion *Base,
  46                                               QualType EleTy, uint64_t index) {
  47   NonLoc idx = svalBuilder.makeArrayIndex(index);
  48   return MRMgr.getElementRegion(EleTy, idx, Base, svalBuilder.getContext());
  49 }
  50
  51 // FIXME: Merge with the implementation of the same method in MemRegion.cpp
  52 static bool IsCompleteType(ASTContext &Ctx, QualType Ty) {
  53   if (const RecordType *RT = Ty->getAs<RecordType>()) {
  54     const RecordDecl *D = RT->getDecl();
  55     if (!D->getDefinition())
  56       return false;
  57   }
  58
  59   return true;
  60 }
  61
  62 StoreRef StoreManager::BindDefault(Store store, const MemRegion *R, SVal V) {
  63   return StoreRef(store, *this);
  64 }
  65
  66 const ElementRegion *StoreManager::GetElementZeroRegion(const MemRegion *R,
  67                                                         QualType T) {
  68   NonLoc idx = svalBuilder.makeZeroArrayIndex();
  69   assert(!T.isNull());
  70   return MRMgr.getElementRegion(T, idx, R, Ctx);
  71 }
  72
  73 const MemRegion *StoreManager::castRegion(const MemRegion *R, QualType CastToTy) {
  74
  75   ASTContext &Ctx = StateMgr.getContext();
  76
  77   // Handle casts to Objective-C objects.
  78   if (CastToTy->isObjCObjectPointerType())
  79     return R->StripCasts();
  80
  81   if (CastToTy->isBlockPointerType()) {
  82     // FIXME: We may need different solutions, depending on the symbol
  83     // involved.  Blocks can be casted to/from 'id', as they can be treated
  84     // as Objective-C objects.  This could possibly be handled by enhancing
  85     // our reasoning of downcasts of symbolic objects.
  86     if (isa<CodeTextRegion>(R) || isa<SymbolicRegion>(R))
  87       return R;
  88
  89     // We don't know what to make of it.  Return a NULL region, which
  90     // will be interpretted as UnknownVal.
  91     return NULL;
  92   }
  93
  94   // Now assume we are casting from pointer to pointer. Other cases should
  95   // already be handled.
  96   QualType PointeeTy = CastToTy->getPointeeType();
  97   QualType CanonPointeeTy = Ctx.getCanonicalType(PointeeTy);
  98
  99   // Handle casts to void*.  We just pass the region through.
 100   if (CanonPointeeTy.getLocalUnqualifiedType() == Ctx.VoidTy)
 101     return R;
 102
 103   // Handle casts from compatible types.
 104   if (R->isBoundable())
 105     if (const TypedValueRegion *TR = dyn_cast<TypedValueRegion>(R)) {
 106       QualType ObjTy = Ctx.getCanonicalType(TR->getValueType());
 107       if (CanonPointeeTy == ObjTy)
 108         return R;
 109     }
 110
 111   // Process region cast according to the kind of the region being cast.
 112   switch (R->getKind()) {
 113     case MemRegion::CXXThisRegionKind:
 114     case MemRegion::GenericMemSpaceRegionKind:
 115     case MemRegion::StackLocalsSpaceRegionKind:
 116     case MemRegion::StackArgumentsSpaceRegionKind:
 117     case MemRegion::HeapSpaceRegionKind:
 118     case MemRegion::UnknownSpaceRegionKind:
 119     case MemRegion::StaticGlobalSpaceRegionKind:
 120     case MemRegion::GlobalInternalSpaceRegionKind:
 121     case MemRegion::GlobalSystemSpaceRegionKind:
 122     case MemRegion::GlobalImmutableSpaceRegionKind: {
 123       llvm_unreachable("Invalid region cast");
 124     }
 125
 126     case MemRegion::FunctionTextRegionKind:
 127     case MemRegion::BlockTextRegionKind:
 128     case MemRegion::BlockDataRegionKind:
 129     case MemRegion::StringRegionKind:
 130       // FIXME: Need to handle arbitrary downcasts.
 131     case MemRegion::SymbolicRegionKind:
 132     case MemRegion::AllocaRegionKind:
 133     case MemRegion::CompoundLiteralRegionKind:
 134     case MemRegion::FieldRegionKind:
 135     case MemRegion::ObjCIvarRegionKind:
 136     case MemRegion::ObjCStringRegionKind:
 137     case MemRegion::VarRegionKind:
 138     case MemRegion::CXXTempObjectRegionKind:
 139     case MemRegion::CXXBaseObjectRegionKind:
 140       return MakeElementRegion(R, PointeeTy);
 141
 142     case MemRegion::ElementRegionKind: {
 143       // If we are casting from an ElementRegion to another type, the
 144       // algorithm is as follows:
 145       //
 146       // (1) Compute the "raw offset" of the ElementRegion from the
 147       //     base region.  This is done by calling 'getAsRawOffset()'.
 148       //
 149       // (2a) If we get a 'RegionRawOffset' after calling
 150       //      'getAsRawOffset()', determine if the absolute offset
 151       //      can be exactly divided into chunks of the size of the
 152       //      casted-pointee type.  If so, create a new ElementRegion with
 153       //      the pointee-cast type as the new ElementType and the index
 154       //      being the offset divded by the chunk size.  If not, create
 155       //      a new ElementRegion at offset 0 off the raw offset region.
 156       //
 157       // (2b) If we don't a get a 'RegionRawOffset' after calling
 158       //      'getAsRawOffset()', it means that we are at offset 0.
 159       //
 160       // FIXME: Handle symbolic raw offsets.
 161
 162       const ElementRegion *elementR = cast<ElementRegion>(R);
 163       const RegionRawOffset &rawOff = elementR->getAsArrayOffset();
 164       const MemRegion *baseR = rawOff.getRegion();
 165
 166       // If we cannot compute a raw offset, throw up our hands and return
 167       // a NULL MemRegion*.
 168       if (!baseR)
 169         return NULL;
 170
 171       CharUnits off = rawOff.getOffset();
 172
 173       if (off.isZero()) {
 174         // Edge case: we are at 0 bytes off the beginning of baseR.  We
 175         // check to see if type we are casting to is the same as the base
 176         // region.  If so, just return the base region.
 177         if (const TypedValueRegion *TR = dyn_cast<TypedValueRegion>(baseR)) {
 178           QualType ObjTy = Ctx.getCanonicalType(TR->getValueType());
 179           QualType CanonPointeeTy = Ctx.getCanonicalType(PointeeTy);
 180           if (CanonPointeeTy == ObjTy)
 181             return baseR;
 182         }
 183
 184         // Otherwise, create a new ElementRegion at offset 0.
 185         return MakeElementRegion(baseR, PointeeTy);
 186       }
 187
 188       // We have a non-zero offset from the base region.  We want to determine
 189       // if the offset can be evenly divided by sizeof(PointeeTy).  If so,
 190       // we create an ElementRegion whose index is that value.  Otherwise, we
 191       // create two ElementRegions, one that reflects a raw offset and the other
 192       // that reflects the cast.
 193
 194       // Compute the index for the new ElementRegion.
 195       int64_t newIndex = 0;
 196       const MemRegion *newSuperR = 0;
 197
 198       // We can only compute sizeof(PointeeTy) if it is a complete type.
 199       if (IsCompleteType(Ctx, PointeeTy)) {
 200         // Compute the size in **bytes**.
 201         CharUnits pointeeTySize = Ctx.getTypeSizeInChars(PointeeTy);
 202         if (!pointeeTySize.isZero()) {
 203           // Is the offset a multiple of the size?  If so, we can layer the
 204           // ElementRegion (with elementType == PointeeTy) directly on top of
 205           // the base region.
 206           if (off % pointeeTySize == 0) {
 207             newIndex = off / pointeeTySize;
 208             newSuperR = baseR;
 209           }
 210         }
 211       }
 212
 213       if (!newSuperR) {
 214         // Create an intermediate ElementRegion to represent the raw byte.
 215         // This will be the super region of the final ElementRegion.
 216         newSuperR = MakeElementRegion(baseR, Ctx.CharTy, off.getQuantity());
 217       }
 218
 219       return MakeElementRegion(newSuperR, PointeeTy, newIndex);
 220     }
 221   }
 222
 223   llvm_unreachable("unreachable");
 224 }
 225
 226 SVal StoreManager::evalDerivedToBase(SVal Derived, const CastExpr *Cast) {
 227   // Walk through the cast path to create nested CXXBaseRegions.
 228   SVal Result = Derived;
 229   for (CastExpr::path_const_iterator I = Cast->path_begin(),
 230                                      E = Cast->path_end();
 231        I != E; ++I) {
 232     Result = evalDerivedToBase(Result, (*I)->getType());
 233   }
 234   return Result;
 235 }
 236
 237 SVal StoreManager::evalDerivedToBase(SVal Derived, const CXXBasePath &Path) {
 238   // Walk through the path to create nested CXXBaseRegions.
 239   SVal Result = Derived;
 240   for (CXXBasePath::const_iterator I = Path.begin(), E = Path.end();
 241        I != E; ++I) {
 242     Result = evalDerivedToBase(Result, I->Base->getType());
 243   }
 244   return Result;
 245 }
 246
 247 SVal StoreManager::evalDerivedToBase(SVal Derived, QualType BaseType) {
 248   loc::MemRegionVal *DerivedRegVal = dyn_cast<loc::MemRegionVal>(&Derived);
 249   if (!DerivedRegVal)
 250     return Derived;
 251
 252   const CXXRecordDecl *BaseDecl = BaseType->getPointeeCXXRecordDecl();
 253   if (!BaseDecl)
 254     BaseDecl = BaseType->getAsCXXRecordDecl();
 255   assert(BaseDecl && "not a C++ object?");
 256
 257   const MemRegion *BaseReg =
 258     MRMgr.getCXXBaseObjectRegion(BaseDecl, DerivedRegVal->getRegion());
 259
 260   return loc::MemRegionVal(BaseReg);
 261 }
 262
 263 SVal StoreManager::evalDynamicCast(SVal Base, QualType DerivedType,
 264                                    bool &Failed) {
 265   Failed = false;
 266
 267   loc::MemRegionVal *BaseRegVal = dyn_cast<loc::MemRegionVal>(&Base);
 268   if (!BaseRegVal)
 269     return UnknownVal();
 270   const MemRegion *BaseRegion = BaseRegVal->stripCasts(/*StripBases=*/false);
 271
 272   // Assume the derived class is a pointer or a reference to a CXX record.
 273   DerivedType = DerivedType->getPointeeType();
 274   assert(!DerivedType.isNull());
 275   const CXXRecordDecl *DerivedDecl = DerivedType->getAsCXXRecordDecl();
 276   if (!DerivedDecl && !DerivedType->isVoidType())
 277     return UnknownVal();
 278
 279   // Drill down the CXXBaseObject chains, which represent upcasts (casts from
 280   // derived to base).
 281   const MemRegion *SR = BaseRegion;
 282   while (const TypedRegion *TSR = dyn_cast_or_null<TypedRegion>(SR)) {
 283     QualType BaseType = TSR->getLocationType()->getPointeeType();
 284     assert(!BaseType.isNull());
 285     const CXXRecordDecl *SRDecl = BaseType->getAsCXXRecordDecl();
 286     if (!SRDecl)
 287       return UnknownVal();
 288
 289     // If found the derived class, the cast succeeds.
 290     if (SRDecl == DerivedDecl)
 291       return loc::MemRegionVal(TSR);
 292
 293     if (!DerivedType->isVoidType()) {
 294       // Static upcasts are marked as DerivedToBase casts by Sema, so this will
 295       // only happen when multiple or virtual inheritance is involved.
 296       CXXBasePaths Paths(/*FindAmbiguities=*/false, /*RecordPaths=*/true,
 297                          /*DetectVirtual=*/false);
 298       if (SRDecl->isDerivedFrom(DerivedDecl, Paths))
 299         return evalDerivedToBase(loc::MemRegionVal(TSR), Paths.front());
 300     }
 301
 302     if (const CXXBaseObjectRegion *R = dyn_cast<CXXBaseObjectRegion>(TSR))
 303       // Drill down the chain to get the derived classes.
 304       SR = R->getSuperRegion();
 305     else {
 306       // We reached the bottom of the hierarchy.
 307
 308       // If this is a cast to void*, return the region.
 309       if (DerivedType->isVoidType())
 310         return loc::MemRegionVal(TSR);
 311
 312       // We did not find the derived class. We we must be casting the base to
 313       // derived, so the cast should fail.
 314       Failed = true;
 315       return UnknownVal();
 316     }
 317   }
 318
 319   return UnknownVal();
 320 }
 321
 322
 323 /// CastRetrievedVal - Used by subclasses of StoreManager to implement
 324 ///  implicit casts that arise from loads from regions that are reinterpreted
 325 ///  as another region.
 326 SVal StoreManager::CastRetrievedVal(SVal V, const TypedValueRegion *R,
 327                                     QualType castTy, bool performTestOnly) {
 328
 329   if (castTy.isNull() || V.isUnknownOrUndef())
 330     return V;
 331
 332   ASTContext &Ctx = svalBuilder.getContext();
 333
 334   if (performTestOnly) {
 335     // Automatically translate references to pointers.
 336     QualType T = R->getValueType();
 337     if (const ReferenceType *RT = T->getAs<ReferenceType>())
 338       T = Ctx.getPointerType(RT->getPointeeType());
 339
 340     assert(svalBuilder.getContext().hasSameUnqualifiedType(castTy, T));
 341     return V;
 342   }
 343
 344   return svalBuilder.dispatchCast(V, castTy);
 345 }
 346
 347 SVal StoreManager::getLValueFieldOrIvar(const Decl *D, SVal Base) {
 348   if (Base.isUnknownOrUndef())
 349     return Base;
 350
 351   Loc BaseL = cast<Loc>(Base);
 352   const MemRegion* BaseR = 0;
 353
 354   switch (BaseL.getSubKind()) {
 355   case loc::MemRegionKind:
 356     BaseR = cast<loc::MemRegionVal>(BaseL).getRegion();
 357     break;
 358
 359   case loc::GotoLabelKind:
 360     // These are anormal cases. Flag an undefined value.
 361     return UndefinedVal();
 362
 363   case loc::ConcreteIntKind:
 364     // While these seem funny, this can happen through casts.
 365     // FIXME: What we should return is the field offset.  For example,
 366     //  add the field offset to the integer value.  That way funny things
 367     //  like this work properly:  &(((struct foo *) 0xa)->f)
 368     return Base;
 369
 370   default:
 371     llvm_unreachable("Unhandled Base.");
 372   }
 373
 374   // NOTE: We must have this check first because ObjCIvarDecl is a subclass
 375   // of FieldDecl.
 376   if (const ObjCIvarDecl *ID = dyn_cast<ObjCIvarDecl>(D))
 377     return loc::MemRegionVal(MRMgr.getObjCIvarRegion(ID, BaseR));
 378
 379   return loc::MemRegionVal(MRMgr.getFieldRegion(cast<FieldDecl>(D), BaseR));
 380 }
 381
 382 SVal StoreManager::getLValueIvar(const ObjCIvarDecl *decl, SVal base) {
 383   return getLValueFieldOrIvar(decl, base);
 384 }
 385
 386 SVal StoreManager::getLValueElement(QualType elementType, NonLoc Offset,
 387                                     SVal Base) {
 388
 389   // If the base is an unknown or undefined value, just return it back.
 390   // FIXME: For absolute pointer addresses, we just return that value back as
 391   //  well, although in reality we should return the offset added to that
 392   //  value.
 393   if (Base.isUnknownOrUndef() || isa<loc::ConcreteInt>(Base))
 394     return Base;
 395
 396   const MemRegion* BaseRegion = cast<loc::MemRegionVal>(Base).getRegion();
 397
 398   // Pointer of any type can be cast and used as array base.
 399   const ElementRegion *ElemR = dyn_cast<ElementRegion>(BaseRegion);
 400
 401   // Convert the offset to the appropriate size and signedness.
 402   Offset = cast<NonLoc>(svalBuilder.convertToArrayIndex(Offset));
 403
 404   if (!ElemR) {
 405     //
 406     // If the base region is not an ElementRegion, create one.
 407     // This can happen in the following example:
 408     //
 409     //   char *p = __builtin_alloc(10);
 410     //   p[1] = 8;
 411     //
 412     //  Observe that 'p' binds to an AllocaRegion.
 413     //
 414     return loc::MemRegionVal(MRMgr.getElementRegion(elementType, Offset,
 415                                                     BaseRegion, Ctx));
 416   }
 417
 418   SVal BaseIdx = ElemR->getIndex();
 419
 420   if (!isa<nonloc::ConcreteInt>(BaseIdx))
 421     return UnknownVal();
 422
 423   const llvm::APSInt& BaseIdxI = cast<nonloc::ConcreteInt>(BaseIdx).getValue();
 424
 425   // Only allow non-integer offsets if the base region has no offset itself.
 426   // FIXME: This is a somewhat arbitrary restriction. We should be using
 427   // SValBuilder here to add the two offsets without checking their types.
 428   if (!isa<nonloc::ConcreteInt>(Offset)) {
 429     if (isa<ElementRegion>(BaseRegion->StripCasts()))
 430       return UnknownVal();
 431
 432     return loc::MemRegionVal(MRMgr.getElementRegion(elementType, Offset,
 433                                                     ElemR->getSuperRegion(),
 434                                                     Ctx));
 435   }
 436
 437   const llvm::APSInt& OffI = cast<nonloc::ConcreteInt>(Offset).getValue();
 438   assert(BaseIdxI.isSigned());
 439
 440   // Compute the new index.
 441   nonloc::ConcreteInt NewIdx(svalBuilder.getBasicValueFactory().getValue(BaseIdxI +
 442                                                                     OffI));
 443
 444   // Construct the new ElementRegion.
 445   const MemRegion *ArrayR = ElemR->getSuperRegion();
 446   return loc::MemRegionVal(MRMgr.getElementRegion(elementType, NewIdx, ArrayR,
 447                                                   Ctx));
 448 }
 449
 450 StoreManager::BindingsHandler::~BindingsHandler() {}
 451
 452 bool StoreManager::FindUniqueBinding::HandleBinding(StoreManager& SMgr,
 453                                                     Store store,
 454                                                     const MemRegion* R,
 455                                                     SVal val) {
 456   SymbolRef SymV = val.getAsLocSymbol();
 457   if (!SymV || SymV != Sym)
 458     return true;
 459
 460   if (Binding) {
 461     First = false;
 462     return false;
 463   }
 464   else
 465     Binding = R;
 466
 467   return true;
 468 }