[Learning CodeQL] [CodeQL for Java][Java types]

About working with Java types

Type及其子类表示java中的类。
PrimitiveType表示基础数据类型:
RefType及其子类表示引用数据类型。其中,getASupertypegetASubtype返回它的直接父类和子类。

class A {}

interface I {}

class B extends A implements I {}

在上例中,A的父类为java.lang.Object,子类为B,同样I也是。B有两个直接父类和子类A和I,没有子类。
例如,找到类B的所有祖先类:

import java

from Class B
where B.hasName("ShiroRealm")
select B.getASupertype+()

RefType类中提供了方法getAMember可以获得所有的member(包括field, method, constructor等),方法inherits(Method m)判断是否声明或者继承了方法m。
eg,找到所有的member:

import java

from RefType R
where R.hasName("ShiroRealm")
select R.getAMember()

eg, 找到实现了方法doGetAuthorizationInfo的类:

import java

from RefType R, Method m
where m.hasName("doGetAuthorizationInfo") and R.inherits(m)
select R

Example: Finding problematic array casts

目标:查找array类型的downcast。(可能会导致ClassCastException)

import java

from CastExpr ce, Array source, Array target
where source = ce.getExpr().getType() and
    target = ce.getType() and
    target.getElementType().(RefType).getASupertype+() = source.getElementType()
select ce, "Potentially problematic array downcast."

注意:在CodeQL中,类型转换cast不会失败:如果一个类型不能转换到目标类型,那么它就不会被包含在这个查询结果里。
上例中,在如下的情况下,也会误报:

List l = new ArrayList();
// add some elements of type A to l
A[] as = (A[])l.toArray(new A[0]);

因此,可以优化查询,排除掉此种查询结果。
优化的codeQL查询如下所示:

import java

/** class representing java.util.Collection.toArray(T[]) */
class CollectionToArray extends Method {
    CollectionToArray() {
        this.getDeclaringType().hasQualifiedName("java.util", "Collection") and
        this.hasName("toArray") and
        this.getNumberOfParameters() = 1
    }
}

/** class representing calls to java.util.Collection.toArray(T[]) */
class CollectionToArrayCall extends MethodAccess {
    CollectionToArrayCall() {
        exists(CollectionToArray m |
            this.getMethod().getSourceDeclaration().overridesOrInstantiates*(m)
        )
    }

    /** the call's actual return type, as determined from its argument */
    Array getActualReturnType() {
        result = this.getArgument(0).getType()
    }
}

from CastExpr ce, Array source, Array target
where source = ce.getExpr().getType() and
    target = ce.getType() and
    target.getElementType().(RefType).getASupertype+() = source.getElementType() and
    not ce.getExpr().(CollectionToArrayCall).getActualReturnType() = target
select ce, "Potentially problematic array downcast."

Example: Finding mismatched contains checks

import java

class JavaUtilCollection extends GenericInterface {
    JavaUtilCollection() {
        this.hasQualifiedName("java.util", "Collection")
    }
}

class JavaUtilCollectionContains extends Method {
    JavaUtilCollectionContains() {
        this.getDeclaringType() instanceof JavaUtilCollection and
        this.hasStringSignature("contains(Object)")
    }
}

class JavaUtilCollectionContainsCall extends MethodAccess {
    JavaUtilCollectionContainsCall() {
        exists(JavaUtilCollectionContains jucc |
            this.getMethod().getSourceDeclaration().overrides*(jucc)
        )
    }
   Type getArgumentType() {
    result = this.getArgument(0).getType()
    }
    Type getCollectionElementType() {
    exists(RefType D, ParameterizedInterface S |
        D = this.getMethod().getDeclaringType() and
        D.hasSupertype*(S) and S.getSourceDeclaration() instanceof JavaUtilCollection and
        result = S.getTypeArgument(0)
    )
    }
}

predicate haveCommonDescendant(RefType tp1, RefType tp2) {
    exists(RefType commondesc | commondesc.hasSupertype*(tp1) and commondesc.hasSupertype*(tp2))
}

from JavaUtilCollectionContainsCall juccc, Type collEltType, Type argType
where collEltType = juccc.getCollectionElementType() and argType = juccc.getArgumentType() and
    not haveCommonDescendant(collEltType, argType)
select juccc, "Element type " + collEltType + " is incompatible with argument type " + argType

改进的完善版如下:

import java

class JavaUtilCollection extends GenericInterface {
    JavaUtilCollection() {
        this.hasQualifiedName("java.util", "Collection")
    }
}

class JavaUtilCollectionContains extends Method {
    JavaUtilCollectionContains() {
        this.getDeclaringType() instanceof JavaUtilCollection and
        this.hasStringSignature("contains(Object)")
    }
}

class JavaUtilCollectionContainsCall extends MethodAccess {
    JavaUtilCollectionContainsCall() {
        exists(JavaUtilCollectionContains jucc |
            this.getMethod().getSourceDeclaration().overrides*(jucc)
        )
    }
   Type getArgumentType() {
    result = this.getArgument(0).getType()
    }
    Type getCollectionElementType() {
    exists(RefType D, ParameterizedInterface S |
        D = this.getMethod().getDeclaringType() and
        D.hasSupertype*(S) and S.getSourceDeclaration() instanceof JavaUtilCollection and
        result = S.getTypeArgument(0)
    )
    }
}

predicate haveCommonDescendant(RefType tp1, RefType tp2) {
    exists(RefType commondesc | commondesc.hasSupertype*(tp1) and commondesc.hasSupertype*(tp2))
}

from JavaUtilCollectionContainsCall juccc, Type collEltType, Type argType
where collEltType = juccc.getCollectionElementType() and argType = juccc.getArgumentType() and
    not haveCommonDescendant(collEltType, argType) and
    not collEltType instanceof TypeVariable and not argType instanceof TypeVariable and
    not collEltType = argType.(PrimitiveType).getBoxedType() and
    not argType.hasName("<nulltype>")
select juccc, "Element type " + collEltType + " is incompatible with argument type " + argType

References

https://help.semmle.com/QL/learn-ql/java/types-class-hierarchy.html

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