include/linux/overflow.h

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 OR MIT */
   2 #ifndef __LINUX_OVERFLOW_H
   3 #define __LINUX_OVERFLOW_H
   4
   5 #include <linux/compiler.h>
   6 #include <linux/limits.h>
   7 #include <linux/const.h>
   8
   9 /*
  10  * We need to compute the minimum and maximum values representable in a given
  11  * type. These macros may also be useful elsewhere. It would seem more obvious
  12  * to do something like:
  13  *
  14  * #define type_min(T) (T)(is_signed_type(T) ? (T)1 << (8*sizeof(T)-1) : 0)
  15  * #define type_max(T) (T)(is_signed_type(T) ? ((T)1 << (8*sizeof(T)-1)) - 1 : ~(T)0)
  16  *
  17  * Unfortunately, the middle expressions, strictly speaking, have
  18  * undefined behaviour, and at least some versions of gcc warn about
  19  * the type_max expression (but not if -fsanitize=undefined is in
  20  * effect; in that case, the warning is deferred to runtime...).
  21  *
  22  * The slightly excessive casting in type_min is to make sure the
  23  * macros also produce sensible values for the exotic type _Bool. [The
  24  * overflow checkers only almost work for _Bool, but that's
  25  * a-feature-not-a-bug, since people shouldn't be doing arithmetic on
  26  * _Bools. Besides, the gcc builtins don't allow _Bool* as third
  27  * argument.]
  28  *
  29  * Idea stolen from
  30  * https://mail-index.netbsd.org/tech-misc/2007/02/05/0000.html -
  31  * credit to Christian Biere.
  32  */
  33 #define __type_half_max(type) ((type)1 << (8*sizeof(type) - 1 - is_signed_type(type)))
  34 #define type_max(T) ((T)((__type_half_max(T) - 1) + __type_half_max(T)))
  35 #define type_min(T) ((T)((T)-type_max(T)-(T)1))
  36
  37 /*
  38  * Avoids triggering -Wtype-limits compilation warning,
  39  * while using unsigned data types to check a < 0.
  40  */
  41 #define is_non_negative(a) ((a) > 0 || (a) == 0)
  42 #define is_negative(a) (!(is_non_negative(a)))
  43
  44 /*
  45  * Allows for effectively applying __must_check to a macro so we can have
  46  * both the type-agnostic benefits of the macros while also being able to
  47  * enforce that the return value is, in fact, checked.
  48  */
  49 static inline bool __must_check __must_check_overflow(bool overflow)
  50 {
  51         return unlikely(overflow);
  52 }
  53
  54 /** check_add_overflow() - Calculate addition with overflow checking
  55  *
  56  * @a: first addend
  57  * @b: second addend
  58  * @d: pointer to store sum
  59  *
  60  * Returns 0 on success.
  61  *
  62  * *@d holds the results of the attempted addition, but is not considered
  63  * "safe for use" on a non-zero return value, which indicates that the
  64  * sum has overflowed or been truncated.
  65  */
  66 #define check_add_overflow(a, b, d)     \
  67         __must_check_overflow(__builtin_add_overflow(a, b, d))
  68
  69 /** check_sub_overflow() - Calculate subtraction with overflow checking
  70  *
  71  * @a: minuend; value to subtract from
  72  * @b: subtrahend; value to subtract from @a
  73  * @d: pointer to store difference
  74  *
  75  * Returns 0 on success.
  76  *
  77  * *@d holds the results of the attempted subtraction, but is not considered
  78  * "safe for use" on a non-zero return value, which indicates that the
  79  * difference has underflowed or been truncated.
  80  */
  81 #define check_sub_overflow(a, b, d)     \
  82         __must_check_overflow(__builtin_sub_overflow(a, b, d))
  83
  84 /** check_mul_overflow() - Calculate multiplication with overflow checking
  85  *
  86  * @a: first factor
  87  * @b: second factor
  88  * @d: pointer to store product
  89  *
  90  * Returns 0 on success.
  91  *
  92  * *@d holds the results of the attempted multiplication, but is not
  93  * considered "safe for use" on a non-zero return value, which indicates
  94  * that the product has overflowed or been truncated.
  95  */
  96 #define check_mul_overflow(a, b, d)     \
  97         __must_check_overflow(__builtin_mul_overflow(a, b, d))
  98
  99 /** check_shl_overflow() - Calculate a left-shifted value and check overflow
 100  *
 101  * @a: Value to be shifted
 102  * @s: How many bits left to shift
 103  * @d: Pointer to where to store the result
 104  *
 105  * Computes *@d = (@a << @s)
 106  *
 107  * Returns true if '*d' cannot hold the result or when 'a << s' doesn't
 108  * make sense. Example conditions:
 109  * - 'a << s' causes bits to be lost when stored in *d.
 110  * - 's' is garbage (e.g. negative) or so large that the result of
 111  *   'a << s' is guaranteed to be 0.
 112  * - 'a' is negative.
 113  * - 'a << s' sets the sign bit, if any, in '*d'.
 114  *
 115  * '*d' will hold the results of the attempted shift, but is not
 116  * considered "safe for use" if true is returned.
 117  */
 118 #define check_shl_overflow(a, s, d) __must_check_overflow(({            \
 119         typeof(a) _a = a;                                               \
 120         typeof(s) _s = s;                                               \
 121         typeof(d) _d = d;                                               \
 122         u64 _a_full = _a;                                               \
 123         unsigned int _to_shift =                                        \
 124                 is_non_negative(_s) && _s < 8 * sizeof(*d) ? _s : 0;    \
 125         *_d = (_a_full << _to_shift);                                   \
 126         (_to_shift != _s || is_negative(*_d) || is_negative(_a) ||      \
 127         (*_d >> _to_shift) != _a);                                      \
 128 }))
 129
 130 /**
 131  * size_mul() - Calculate size_t multiplication with saturation at SIZE_MAX
 132  *
 133  * @factor1: first factor
 134  * @factor2: second factor
 135  *
 136  * Returns: calculate @factor1 * @factor2, both promoted to size_t,
 137  * with any overflow causing the return value to be SIZE_MAX. The
 138  * lvalue must be size_t to avoid implicit type conversion.
 139  */
 140 static inline size_t __must_check size_mul(size_t factor1, size_t factor2)
 141 {
 142         size_t bytes;
 143
 144         if (check_mul_overflow(factor1, factor2, &bytes))
 145                 return SIZE_MAX;
 146
 147         return bytes;
 148 }
 149
 150 /**
 151  * size_add() - Calculate size_t addition with saturation at SIZE_MAX
 152  *
 153  * @addend1: first addend
 154  * @addend2: second addend
 155  *
 156  * Returns: calculate @addend1 + @addend2, both promoted to size_t,
 157  * with any overflow causing the return value to be SIZE_MAX. The
 158  * lvalue must be size_t to avoid implicit type conversion.
 159  */
 160 static inline size_t __must_check size_add(size_t addend1, size_t addend2)
 161 {
 162         size_t bytes;
 163
 164         if (check_add_overflow(addend1, addend2, &bytes))
 165                 return SIZE_MAX;
 166
 167         return bytes;
 168 }
 169
 170 /**
 171  * size_sub() - Calculate size_t subtraction with saturation at SIZE_MAX
 172  *
 173  * @minuend: value to subtract from
 174  * @subtrahend: value to subtract from @minuend
 175  *
 176  * Returns: calculate @minuend - @subtrahend, both promoted to size_t,
 177  * with any overflow causing the return value to be SIZE_MAX. For
 178  * composition with the size_add() and size_mul() helpers, neither
 179  * argument may be SIZE_MAX (or the result with be forced to SIZE_MAX).
 180  * The lvalue must be size_t to avoid implicit type conversion.
 181  */
 182 static inline size_t __must_check size_sub(size_t minuend, size_t subtrahend)
 183 {
 184         size_t bytes;
 185
 186         if (minuend == SIZE_MAX || subtrahend == SIZE_MAX ||
 187             check_sub_overflow(minuend, subtrahend, &bytes))
 188                 return SIZE_MAX;
 189
 190         return bytes;
 191 }
 192
 193 /**
 194  * array_size() - Calculate size of 2-dimensional array.
 195  *
 196  * @a: dimension one
 197  * @b: dimension two
 198  *
 199  * Calculates size of 2-dimensional array: @a * @b.
 200  *
 201  * Returns: number of bytes needed to represent the array or SIZE_MAX on
 202  * overflow.
 203  */
 204 #define array_size(a, b)        size_mul(a, b)
 205
 206 /**
 207  * array3_size() - Calculate size of 3-dimensional array.
 208  *
 209  * @a: dimension one
 210  * @b: dimension two
 211  * @c: dimension three
 212  *
 213  * Calculates size of 3-dimensional array: @a * @b * @c.
 214  *
 215  * Returns: number of bytes needed to represent the array or SIZE_MAX on
 216  * overflow.
 217  */
 218 #define array3_size(a, b, c)    size_mul(size_mul(a, b), c)
 219
 220 /**
 221  * flex_array_size() - Calculate size of a flexible array member
 222  *                     within an enclosing structure.
 223  *
 224  * @p: Pointer to the structure.
 225  * @member: Name of the flexible array member.
 226  * @count: Number of elements in the array.
 227  *
 228  * Calculates size of a flexible array of @count number of @member
 229  * elements, at the end of structure @p.
 230  *
 231  * Return: number of bytes needed or SIZE_MAX on overflow.
 232  */
 233 #define flex_array_size(p, member, count)                               \
 234         __builtin_choose_expr(__is_constexpr(count),                    \
 235                 (count) * sizeof(*(p)->member) + __must_be_array((p)->member),  \
 236                 size_mul(count, sizeof(*(p)->member) + __must_be_array((p)->member)))
 237
 238 /**
 239  * struct_size() - Calculate size of structure with trailing flexible array.
 240  *
 241  * @p: Pointer to the structure.
 242  * @member: Name of the array member.
 243  * @count: Number of elements in the array.
 244  *
 245  * Calculates size of memory needed for structure @p followed by an
 246  * array of @count number of @member elements.
 247  *
 248  * Return: number of bytes needed or SIZE_MAX on overflow.
 249  */
 250 #define struct_size(p, member, count)                                   \
 251         __builtin_choose_expr(__is_constexpr(count),                    \
 252                 sizeof(*(p)) + flex_array_size(p, member, count),       \
 253                 size_add(sizeof(*(p)), flex_array_size(p, member, count)))
 254
 255 #endif /* __LINUX_OVERFLOW_H */