Clang Project

clang_source_code/lib/StaticAnalyzer/Checkers/SimpleStreamChecker.cpp
1//===-- SimpleStreamChecker.cpp -----------------------------------------*- 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// Defines a checker for proper use of fopen/fclose APIs.
10//   - If a file has been closed with fclose, it should not be accessed again.
11//   Accessing a closed file results in undefined behavior.
12//   - If a file was opened with fopen, it must be closed with fclose before
13//   the execution ends. Failing to do so results in a resource leak.
14//
15//===----------------------------------------------------------------------===//
16
17#include "clang/StaticAnalyzer/Checkers/BuiltinCheckerRegistration.h"
18#include "clang/StaticAnalyzer/Core/BugReporter/BugType.h"
19#include "clang/StaticAnalyzer/Core/Checker.h"
20#include "clang/StaticAnalyzer/Core/PathSensitive/CallEvent.h"
21#include "clang/StaticAnalyzer/Core/PathSensitive/CheckerContext.h"
22#include <utility>
23
24using namespace clang;
25using namespace ento;
26
27namespace {
28typedef SmallVector<SymbolRef2SymbolVector;
29
30struct StreamState {
31private:
32  enum Kind { OpenedClosed } K;
33  StreamState(Kind InK) : K(InK) { }
34
35public:
36  bool isOpened() const { return K == Opened; }
37  bool isClosed() const { return K == Closed; }
38
39  static StreamState getOpened() { return StreamState(Opened); }
40  static StreamState getClosed() { return StreamState(Closed); }
41
42  bool operator==(const StreamState &Xconst {
43    return K == X.K;
44  }
45  void Profile(llvm::FoldingSetNodeID &IDconst {
46    ID.AddInteger(K);
47  }
48};
49
50class SimpleStreamChecker : public Checker<check::PostCall,
51                                           check::PreCall,
52                                           check::DeadSymbols,
53                                           check::PointerEscape> {
54  CallDescription OpenFnCloseFn;
55
56  std::unique_ptr<BugTypeDoubleCloseBugType;
57  std::unique_ptr<BugTypeLeakBugType;
58
59  void reportDoubleClose(SymbolRef FileDescSym,
60                         const CallEvent &Call,
61                         CheckerContext &Cconst;
62
63  void reportLeaks(ArrayRef<SymbolRefLeakedStreamsCheckerContext &C,
64                   ExplodedNode *ErrNodeconst;
65
66  bool guaranteedNotToCloseFile(const CallEvent &Callconst;
67
68public:
69  SimpleStreamChecker();
70
71  /// Process fopen.
72  void checkPostCall(const CallEvent &CallCheckerContext &Cconst;
73  /// Process fclose.
74  void checkPreCall(const CallEvent &CallCheckerContext &Cconst;
75
76  void checkDeadSymbols(SymbolReaper &SymReaperCheckerContext &Cconst;
77
78  /// Stop tracking addresses which escape.
79  ProgramStateRef checkPointerEscape(ProgramStateRef State,
80                                    const InvalidatedSymbols &Escaped,
81                                    const CallEvent *Call,
82                                    PointerEscapeKind Kindconst;
83};
84
85// end anonymous namespace
86
87/// The state of the checker is a map from tracked stream symbols to their
88/// state. Let's store it in the ProgramState.
89REGISTER_MAP_WITH_PROGRAMSTATE(StreamMap, SymbolRef, StreamState)
90
91namespace {
92class StopTrackingCallback final : public SymbolVisitor {
93  ProgramStateRef state;
94public:
95  StopTrackingCallback(ProgramStateRef st) : state(std::move(st)) {}
96  ProgramStateRef getState() const { return state; }
97
98  bool VisitSymbol(SymbolRef sym) override {
99    state = state->remove<StreamMap>(sym);
100    return true;
101  }
102};
103// end anonymous namespace
104
105SimpleStreamChecker::SimpleStreamChecker()
106    : OpenFn("fopen"), CloseFn("fclose"1) {
107  // Initialize the bug types.
108  DoubleCloseBugType.reset(
109      new BugType(this"Double fclose""Unix Stream API Error"));
110
111  // Sinks are higher importance bugs as well as calls to assert() or exit(0).
112  LeakBugType.reset(
113      new BugType(this"Resource Leak""Unix Stream API Error",
114                  /*SuppressOnSink=*/true));
115}
116
117void SimpleStreamChecker::checkPostCall(const CallEvent &Call,
118                                        CheckerContext &Cconst {
119  if (!Call.isGlobalCFunction())
120    return;
121
122  if (!Call.isCalled(OpenFn))
123    return;
124
125  // Get the symbolic value corresponding to the file handle.
126  SymbolRef FileDesc = Call.getReturnValue().getAsSymbol();
127  if (!FileDesc)
128    return;
129
130  // Generate the next transition (an edge in the exploded graph).
131  ProgramStateRef State = C.getState();
132  State = State->set<StreamMap>(FileDesc, StreamState::getOpened());
133  C.addTransition(State);
134}
135
136void SimpleStreamChecker::checkPreCall(const CallEvent &Call,
137                                       CheckerContext &Cconst {
138  if (!Call.isGlobalCFunction())
139    return;
140
141  if (!Call.isCalled(CloseFn))
142    return;
143
144  // Get the symbolic value corresponding to the file handle.
145  SymbolRef FileDesc = Call.getArgSVal(0).getAsSymbol();
146  if (!FileDesc)
147    return;
148
149  // Check if the stream has already been closed.
150  ProgramStateRef State = C.getState();
151  const StreamState *SS = State->get<StreamMap>(FileDesc);
152  if (SS && SS->isClosed()) {
153    reportDoubleClose(FileDescCallC);
154    return;
155  }
156
157  // Generate the next transition, in which the stream is closed.
158  State = State->set<StreamMap>(FileDesc, StreamState::getClosed());
159  C.addTransition(State);
160}
161
162static bool isLeaked(SymbolRef Symconst StreamState &SS,
163                     bool IsSymDeadProgramStateRef State) {
164  if (IsSymDead && SS.isOpened()) {
165    // If a symbol is NULL, assume that fopen failed on this path.
166    // A symbol should only be considered leaked if it is non-null.
167    ConstraintManager &CMgr = State->getConstraintManager();
168    ConditionTruthVal OpenFailed = CMgr.isNull(State, Sym);
169    return !OpenFailed.isConstrainedTrue();
170  }
171  return false;
172}
173
174void SimpleStreamChecker::checkDeadSymbols(SymbolReaper &SymReaper,
175                                           CheckerContext &Cconst {
176  ProgramStateRef State = C.getState();
177  SymbolVector LeakedStreams;
178  StreamMapTy TrackedStreams = State->get<StreamMap>();
179  for (StreamMapTy::iterator I = TrackedStreams.begin(),
180                             E = TrackedStreams.end(); I != E; ++I) {
181    SymbolRef Sym = I->first;
182    bool IsSymDead = SymReaper.isDead(Sym);
183
184    // Collect leaked symbols.
185    if (isLeaked(Sym, I->second, IsSymDead, State))
186      LeakedStreams.push_back(Sym);
187
188    // Remove the dead symbol from the streams map.
189    if (IsSymDead)
190      State = State->remove<StreamMap>(Sym);
191  }
192
193  ExplodedNode *N = C.generateNonFatalErrorNode(State);
194  if (!N)
195    return;
196  reportLeaks(LeakedStreams, C, N);
197}
198
199void SimpleStreamChecker::reportDoubleClose(SymbolRef FileDescSym,
200                                            const CallEvent &Call,
201                                            CheckerContext &Cconst {
202  // We reached a bug, stop exploring the path here by generating a sink.
203  ExplodedNode *ErrNode = C.generateErrorNode();
204  // If we've already reached this node on another path, return.
205  if (!ErrNode)
206    return;
207
208  // Generate the report.
209  auto R = llvm::make_unique<BugReport>(*DoubleCloseBugType,
210      "Closing a previously closed file stream", ErrNode);
211  R->addRange(Call.getSourceRange());
212  R->markInteresting(FileDescSym);
213  C.emitReport(std::move(R));
214}
215
216void SimpleStreamChecker::reportLeaks(ArrayRef<SymbolRefLeakedStreams,
217                                      CheckerContext &C,
218                                      ExplodedNode *ErrNodeconst {
219  // Attach bug reports to the leak node.
220  // TODO: Identify the leaked file descriptor.
221  for (SymbolRef LeakedStream : LeakedStreams) {
222    auto R = llvm::make_unique<BugReport>(*LeakBugType,
223        "Opened file is never closed; potential resource leak", ErrNode);
224    R->markInteresting(LeakedStream);
225    C.emitReport(std::move(R));
226  }
227}
228
229bool SimpleStreamChecker::guaranteedNotToCloseFile(const CallEvent &Callconst{
230  // If it's not in a system header, assume it might close a file.
231  if (!Call.isInSystemHeader())
232    return false;
233
234  // Handle cases where we know a buffer's /address/ can escape.
235  if (Call.argumentsMayEscape())
236    return false;
237
238  // Note, even though fclose closes the file, we do not list it here
239  // since the checker is modeling the call.
240
241  return true;
242}
243
244// If the pointer we are tracking escaped, do not track the symbol as
245// we cannot reason about it anymore.
246ProgramStateRef
247SimpleStreamChecker::checkPointerEscape(ProgramStateRef State,
248                                        const InvalidatedSymbols &Escaped,
249                                        const CallEvent *Call,
250                                        PointerEscapeKind Kindconst {
251  // If we know that the call cannot close a file, there is nothing to do.
252  if (Kind == PSK_DirectEscapeOnCall && guaranteedNotToCloseFile(*Call)) {
253    return State;
254  }
255
256  for (InvalidatedSymbols::const_iterator I = Escaped.begin(),
257                                          E = Escaped.end();
258                                          I != E; ++I) {
259    SymbolRef Sym = *I;
260
261    // The symbol escaped. Optimistically, assume that the corresponding file
262    // handle will be closed somewhere else.
263    State = State->remove<StreamMap>(Sym);
264  }
265  return State;
266}
267
268void ento::registerSimpleStreamChecker(CheckerManager &mgr) {
269  mgr.registerChecker<SimpleStreamChecker>();
270}
271
272// This checker should be enabled regardless of how language options are set.
273bool ento::shouldRegisterSimpleStreamChecker(const LangOptions &LO) {
274  return true;
275}
276