專利名稱：一種充分檢測(cè)空指針引用缺陷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軟件靜態(tài)測(cè)試技術(shù)中的空指針檢測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種充分檢測(cè)空指針引用缺陷的方法。
背景技術(shù)：
軟件測(cè)試是一種保障軟件質(zhì)量的過程，其根本目的是通過一些經(jīng)濟(jì)有效的方法，以盡可能少的時(shí)間和人力去發(fā)現(xiàn)軟件中存在的各種缺陷，進(jìn)而保證軟件的質(zhì)量。對(duì)于軟件測(cè)試，從基于是否需要運(yùn)行被測(cè)軟件的角度來分類，軟件測(cè)試分為動(dòng)態(tài)測(cè)試和靜態(tài)測(cè)試，其中，靜態(tài)測(cè)試也稱為靜態(tài)分析。靜態(tài)測(cè)試不實(shí)際運(yùn)行被測(cè)軟件，而是掃描源應(yīng)用，從中找出可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)構(gòu)異常、控制流異常及數(shù)據(jù)流異常等情況。靜態(tài)測(cè)試相較動(dòng)態(tài)測(cè)試而言，具有成本低、容易實(shí)現(xiàn)、能覆蓋所有路徑，且不依賴于特定的運(yùn)行環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是發(fā)現(xiàn)的問題往往不是真正的問題，需要人工確認(rèn)排查。現(xiàn)有的靜態(tài)測(cè)試方法存在大量誤報(bào)或漏報(bào)情況。而誤報(bào)的存在需要人工確認(rèn)以排除；漏報(bào)的存在會(huì)造成應(yīng)用具有較高質(zhì)量的假象，但是，漏報(bào)的缺陷一旦在軟件運(yùn)行時(shí)被觸發(fā)，可能導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)的不良后果。目前，具有代表性的代碼缺陷靜態(tài)測(cè)試工具主要有斯坦福大學(xué)的研究項(xiàng)目Metal、馬里蘭大學(xué)研發(fā)的Java應(yīng)用靜態(tài)測(cè)試工具FindBugs、開源的Java應(yīng)用靜態(tài)測(cè)試工具PMD、美國Klocwork公司研發(fā)的代碼缺陷檢測(cè)工具K8。但通過使用上述測(cè)試工具對(duì)空指針引用進(jìn)行測(cè)試，均會(huì)存在不同程度的誤報(bào)及漏報(bào)情況。因此，如何降低空指針引用缺陷的誤報(bào)率和漏報(bào)率，是目前亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種充分檢測(cè)空指針引用缺陷的方法，不但解決了空指針引用缺陷的漏報(bào)問題，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空指針引用缺陷的零漏報(bào)及低誤報(bào)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:本發(fā)明提供了一種充分檢測(cè)空指針引用缺陷的方法，所述方法包括:讀取被測(cè)應(yīng)用文件，對(duì)被測(cè)應(yīng)用進(jìn)行詞法分析和語法分析，生成被測(cè)應(yīng)用的抽象語法樹，根據(jù)所述抽象語法樹生成反映被測(cè)應(yīng)用控制結(jié)構(gòu)的控制流圖，并根據(jù)所述抽象語法樹創(chuàng)建被測(cè)應(yīng)用的符號(hào)表系統(tǒng)及類型系統(tǒng)，基于抽象語法樹識(shí)別出被測(cè)應(yīng)用的全部可尋址表達(dá)式；根據(jù)所述控制流圖對(duì)被測(cè)應(yīng)用進(jìn)行保守的區(qū)間運(yùn)算與指針分析，并根據(jù)區(qū)間運(yùn)算與指針分析的結(jié)果，生成函數(shù)摘要；根據(jù)所述函數(shù)摘要以及抽象語法樹識(shí)別出全部的指針引用以及被引用的指針，并對(duì)每個(gè)被引用的指針創(chuàng)建空指針引用缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例；基于所述控制流圖運(yùn)行空指針引用缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例，對(duì)于所述控制流圖的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)區(qū)間運(yùn)算、指針分析的結(jié)果對(duì)每個(gè)缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例分別進(jìn)行狀態(tài)遷移，并確定空指針引用集合、安全指針引用集合、不確定的指針引用集合。上述方案中，所述基于抽象語法樹識(shí)別出被測(cè)應(yīng)用的全部可尋址表達(dá)式，包括:基于抽象語法樹識(shí)別出被測(cè)應(yīng)用的所有定義的符號(hào)以及所有使用的可尋址表達(dá)式。上述方案中，所述基于抽象語法樹識(shí)別出被測(cè)應(yīng)用的所有使用的可尋址表達(dá)式，包括:從抽象語法樹上的后綴表達(dá)式節(jié)點(diǎn)識(shí)別所有使用的后綴表達(dá)式；從抽象語法樹上的一元表達(dá)式節(jié)點(diǎn)識(shí)別所有使用的指針引用表達(dá)式。上述方案中，所述根據(jù)控制流圖對(duì)被測(cè)應(yīng)用進(jìn)行保守的區(qū)間運(yùn)算與指針分析，包括:Al、根據(jù)控制流圖產(chǎn)生時(shí)的節(jié)點(diǎn)號(hào)順序，取控制流圖中的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，并在所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，結(jié)束當(dāng)前處理；否則執(zhí)行步驟A2 ；A2、對(duì)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上第一次出現(xiàn)的變量，用基于抽象內(nèi)存區(qū)域的四元模型〈Variable, Region, Expression, Domain〉對(duì)所述變量進(jìn)行建模，并根據(jù)所述變量的類型進(jìn)行初始操作，并設(shè)置初始區(qū)間值；若變量的類型是指針，則設(shè)置所述變量指向集合為空；其中，Variable為被建模的所述變量，Region為為所述變量分配的抽象內(nèi)存區(qū)域，Expression為符號(hào)表達(dá)式，Domain為取值區(qū)間；A3、對(duì)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)的除作用域的指針之外的每一個(gè)指針，確定每一個(gè)指針在所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的所有前驅(qū)節(jié)點(diǎn)上的指向集合的并集，得到指針在所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上的初始指向集合；其中，所述作用域?yàn)榉?hào)表系統(tǒng)中的作用域；A4、對(duì)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的除作用域的變量之外的每一個(gè)變量，確定每一個(gè)變量在所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的所有前驅(qū)節(jié)點(diǎn)上的取值區(qū)間的并集或區(qū)間集的并集，得到變量在所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上的初始取值區(qū)間或初始區(qū)間集；判斷在所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上是否存在某個(gè)變量的初始取值區(qū)間或初始區(qū)間集為空，若存在，則標(biāo)記該節(jié)點(diǎn)為矛盾節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行步驟Al ;若不存在，則執(zhí)行步驟A6;A5、根據(jù)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的語句類型，對(duì)該節(jié)點(diǎn)上每個(gè)已獲得初始指向集合的指針進(jìn)行保守的指針分析，對(duì)該節(jié)點(diǎn)上的每個(gè)已獲得初始區(qū)間值或初始區(qū)間集的變量進(jìn)行保守的區(qū)間運(yùn)算，并執(zhí)行Al。上述方案中，所述對(duì)所述變量進(jìn)行建模,包括:變量為數(shù)組元素時(shí)，還建立數(shù)組的Region與該變量Region的父子層次關(guān)系；變量為結(jié)構(gòu)體或聯(lián)合類型時(shí)，還建立結(jié)構(gòu)體的Region或聯(lián)合的Region與該變量的Region的父子層次關(guān)系；變量為指針類型時(shí)，還設(shè)置變量指向集合為空，設(shè)置變量初始狀態(tài)為不確定unsure 狀態(tài)。上述方案中，所述步驟A5包括:A51、若所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的語句類型為賦值語句，則執(zhí)行A52 ;若所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的語句類型為條件語句，則執(zhí)行A58 ； A52、確定被賦值變量為指針引用時(shí)，執(zhí)行A53 ;確定被賦值變量為指針時(shí)，執(zhí)行A55 ;確定被賦值變量的類型為結(jié)構(gòu)體或聯(lián)合時(shí)，執(zhí)行A56 ;否則，執(zhí)行A57 ；
A53、如果被引用的指針的指向集合只有一個(gè)抽象內(nèi)存區(qū)域，則將該抽象內(nèi)存區(qū)域作為被賦值的抽象內(nèi)存區(qū)域，則執(zhí)行A52 ;如果被引用的指針的指向集合有多個(gè)抽象內(nèi)存區(qū)域，則執(zhí)行A54 ；A54、確定指向集合的每一個(gè)抽象內(nèi)存區(qū)域的取值區(qū)間為變量當(dāng)前的取值區(qū)間與右端表達(dá)式取值區(qū)間的并集；如果指向集合的抽象內(nèi)存區(qū)域類型為指針類型，則確定每一個(gè)抽象內(nèi)存區(qū)域的指向集合為當(dāng)前指向集合與右端表達(dá)式指向集合的并集；結(jié)束對(duì)當(dāng)前語句的處理；A55、確定指針變量的取值區(qū)間為右端表達(dá)式的取值區(qū)間，確定指針變量的指向集合為右端表達(dá)式的指向集合；A56、如果被賦值變量的類型為結(jié)構(gòu)體或聯(lián)合，將該變量的每個(gè)成員作為一個(gè)被賦值變量，將右側(cè)表達(dá)式中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)的成員作為為該成員賦值的右側(cè)表達(dá)式，并執(zhí)行A52 ；A57、如果被賦值變量的類型為基本類型，則根據(jù)被賦值變量的類型及右端表達(dá)式確定該賦值語句中表達(dá)式的取值區(qū)間，并將所述被賦值變量的取值區(qū)間重置為所確定的表達(dá)式的取值區(qū)間；A58、若所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的語句類型為條件判斷語句，則對(duì)該節(jié)點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的每一指針取初始的可能指向集后，分析該節(jié)點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的每一指針在所述條件判斷語句中指向的可能集合和必然集合；對(duì)該節(jié)點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的每一變量取初始的可能集后，計(jì)算該節(jié)點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的每一變量在所述條件判斷語句中的取值的可能集和必然集，得到該節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的控制流圖中真假分支上的所述變量的取值。上述方案中，所述生成函數(shù)摘要，包括:生成函數(shù)摘要的前置約束條件、特征信息和后置約束條件。上述方案中，所述根據(jù)所述函數(shù)摘要以及抽象語法樹識(shí)別出全部的指針引用以及被引用的指針，包括:識(shí)別出所有過程內(nèi)及過程間的指針引用以及被引用的指針；其中，所有過程內(nèi)指針引用包括:在抽象語法樹的一元表達(dá)式節(jié)點(diǎn)上識(shí)別出指針引用，以及被引用的指針；在抽象語法樹的后綴表達(dá)式節(jié)點(diǎn)上識(shí)別出的指針引用，以及被引用的指針；所有過程間指針引用包括:在抽象語法樹的一元表達(dá)式節(jié)點(diǎn)上識(shí)別出函數(shù)調(diào)用表達(dá)式；如果函數(shù)調(diào)用表達(dá)式對(duì)應(yīng)的被調(diào)用函數(shù)有函數(shù)摘要時(shí)，則獲取函數(shù)摘要的前置約束條件以及所述前置約束條件中全部被約束變量，將與所述被約束變量對(duì)應(yīng)的實(shí)參或全局變量作為被引用的指針；如果函數(shù)調(diào)用表達(dá)式對(duì)應(yīng)的被調(diào)用函數(shù)沒有函數(shù)摘要時(shí)，則將傳遞給被調(diào)用函數(shù)的所有指針類型參數(shù)作為被引用的指針。上述方案中，所述基于所述控制流圖運(yùn)行空指針引用缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例，對(duì)于所述控制流圖的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)區(qū)間運(yùn)算、指針分析的結(jié)果對(duì)每個(gè)缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例分別進(jìn)行狀態(tài)遷移，并確定空指針引用集合、安全指針引用集合、不確定的指針引用集合，包括:B1、根據(jù)控制流圖產(chǎn)生時(shí)的節(jié)點(diǎn)號(hào)順序，取控制流圖中的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，如果所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為最后 一個(gè)節(jié)點(diǎn)，則結(jié)束對(duì)當(dāng)前函數(shù)的空指針引用檢測(cè)；否則執(zhí)行步驟B2 ；B2、對(duì)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)的缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例集合，在多個(gè)缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例關(guān)聯(lián)同一個(gè)指針變量時(shí)，合并所述多個(gè)缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例，作為該指針變量對(duì)應(yīng)的新的缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例；B3、在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例關(guān)聯(lián)的指針變量的取值發(fā)生變化時(shí)，確定變量對(duì)應(yīng)的缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例的狀態(tài)產(chǎn)生遷移；B4、在所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)指針引用時(shí)，根據(jù)被引用指針在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上的取值對(duì)指針引用進(jìn)行檢測(cè)；B5、結(jié)束當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上的空指針引用檢測(cè)，執(zhí)行BI。上述方案中，所述在所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)指針引用時(shí)，根據(jù)被引用指針在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上的取值對(duì)指針引用進(jìn)行檢測(cè)，還包括:在非空狀態(tài)下進(jìn)行安全引用時(shí)，將所述指針引用輸入到安全指針引用集合；在空狀態(tài)下進(jìn)行空指針引用時(shí)，將所述指針引用輸入到空指針引用集合；在不確定狀態(tài)下進(jìn)行了指針引用時(shí)，將所述指針引用輸入到不確定指針引用集合。本發(fā)明所提供的充分檢測(cè)空指針引用缺陷的方法，基于抽象語法樹識(shí)別出被測(cè)應(yīng)用的全部可尋址表達(dá)式；根據(jù)控制流圖對(duì)被測(cè)應(yīng)用進(jìn)行保守的區(qū)間運(yùn)算與指針分析并根據(jù)區(qū)間運(yùn)算與指針分析的結(jié)果，生成函數(shù)摘要；根據(jù)所述函數(shù)摘要以及抽象語法樹識(shí)別出全部的指針引用以及被引用的指針，并對(duì)每個(gè)被引用的指針創(chuàng)建空指針引用缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例；基于控制流圖運(yùn)行空指針引用缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例，在控制流圖的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上，根據(jù)區(qū)間運(yùn)算、指針分析的結(jié)果對(duì)每個(gè)缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例進(jìn)行狀態(tài)遷移，進(jìn)行空指針引用檢測(cè)。如此，有效解決了空指針引用缺陷的漏報(bào)問題，能夠?qū)崿F(xiàn)空指針引用缺陷的零漏報(bào)以及低誤報(bào)，提高了空指針引用缺陷檢測(cè)的充分性、可靠性以及準(zhǔn)確性。此外，本發(fā)明生成的抽象語法樹與被測(cè)源文件具有映射關(guān)系，可在抽象語法樹的表達(dá)式節(jié)點(diǎn)上準(zhǔn)確地識(shí)別出源應(yīng)用中出現(xiàn)的各種表達(dá)式；本發(fā)明能夠識(shí)別出全部的可尋址表達(dá)式、并通過類型系統(tǒng)的類型推導(dǎo)規(guī)則推導(dǎo)出其類型，保證識(shí)別出全部的指針引用及被引用的指針，從而保證了識(shí)別的準(zhǔn)確性。本發(fā)明的區(qū)間運(yùn)算與指針分析均采取保守的策略，保證區(qū)間運(yùn)算出的變量的取值區(qū)間包含所有運(yùn)行時(shí)可能取值，保證指針分析出的指針的指向集合包含所有運(yùn)行時(shí)可能的指向，從而保證了分析的可靠性。本發(fā)明進(jìn)行的空指針引用缺陷檢測(cè)是基于可靠的分析結(jié)果進(jìn)行的，對(duì)所識(shí)別的被引用的指針采用可靠的分析策略，對(duì)能明確指針指向信息的指針引用具有明確的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)不能明確其指向信息的指針引用具有不確定的檢測(cè)結(jié)果，從而保證了檢測(cè)的充分性。


圖1為本發(fā)明充分檢測(cè)空指針引用缺陷的方法流程示意圖；圖2為基于控制流圖進(jìn)行的保守的區(qū)間運(yùn)算與指針分析的流程示意圖；圖3為對(duì)變量進(jìn)行抽象內(nèi)存建模的流程示意圖；圖4為根據(jù)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的語句類型對(duì)每條語句進(jìn)行的指針分析與區(qū)間運(yùn)算流程圖5為左側(cè)表達(dá)式為復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型的賦值表達(dá)式的指針分析與區(qū)間運(yùn)算過程圖；圖6為生成函數(shù)摘要的前置約束條件的過程圖；圖7為創(chuàng)建相關(guān)被引用指針的前置約束條件的處理流程圖；圖8為所有被檢測(cè)指針的識(shí)別及空指針引用缺陷狀態(tài)機(jī)創(chuàng)建的過程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)闡述。圖1為本發(fā)明充分檢測(cè)空指針引用缺陷的方法流程示意圖，如圖1所示，所述方法包括:步驟101:讀取被測(cè)應(yīng)用文件，對(duì)被測(cè)應(yīng)用進(jìn)行詞法分析和語法分析，生成被測(cè)應(yīng)用的抽象語法樹，根據(jù)所述抽象語法樹生成反映被測(cè)應(yīng)用控制結(jié)構(gòu)的控制流圖，并根據(jù)所述抽象語法樹創(chuàng)建被測(cè)應(yīng)用的符號(hào)表系統(tǒng)與類型系統(tǒng)，基于抽象語法樹識(shí)別出被測(cè)應(yīng)用的全部可尋址表達(dá)式；具體的，本發(fā)明利用輔助工具生成被測(cè)應(yīng)用的抽象語法樹；所述輔助工具包括JJtree ；具體的，所述基于抽象語法樹識(shí)別出被測(cè)應(yīng)用的全部可尋址表達(dá)式，包括:基于抽象語法樹識(shí)別出被測(cè)應(yīng)用的所有定義的符號(hào)以及所有使用的可尋址表達(dá)式;其中，基于抽象語法 樹識(shí)別出被測(cè)應(yīng)用的所有定義的符號(hào)，包括:識(shí)別所有定義的函數(shù)，并將識(shí)別的函數(shù)作為一個(gè)符號(hào)加入到相應(yīng)作用域中；識(shí)別所有定義的結(jié)構(gòu)體與聯(lián)合；并將識(shí)別出的結(jié)構(gòu)體與聯(lián)合作為一個(gè)符號(hào)加入到相應(yīng)作用域中；識(shí)別出結(jié)構(gòu)體與聯(lián)合的成員，并加入到相應(yīng)作用域中；識(shí)別所有定義的變量；其中，變量的類型為指針時(shí)，將變量作為一個(gè)指針類型符號(hào)添加到相應(yīng)的作用域中，將指針的引用作為一個(gè)待識(shí)別的變量；變量的類型為數(shù)組時(shí)，將變量作為一個(gè)數(shù)組類型符號(hào)添加到相應(yīng)的作用域中，將數(shù)組的每一個(gè)成員作為一個(gè)待識(shí)別的變量；變量的類型為結(jié)構(gòu)體或聯(lián)合時(shí)，將變量作為一個(gè)結(jié)構(gòu)體與聯(lián)合類型符號(hào)添加到相應(yīng)的作用域中，將結(jié)構(gòu)體與聯(lián)合的每一個(gè)成員作為一個(gè)待識(shí)別的變量；否則，將變量作為一個(gè)基本類型符號(hào)，添加到相應(yīng)的作用域中?；诔橄笳Z法樹識(shí)別出被測(cè)應(yīng)用的所有使用的可尋址表達(dá)式，包括:從抽象語法樹上的后綴表達(dá)式節(jié)點(diǎn)識(shí)別所有使用的后綴表達(dá)式；從抽象語法樹上的一元表達(dá)式節(jié)點(diǎn)識(shí)別所有使用的指針引用表達(dá)式。本發(fā)明采用四個(gè)級(jí)別的作用域存儲(chǔ)識(shí)別出的各類符號(hào)，SourceFileScope是源文件作用域，一個(gè)文件只有一個(gè)SourceFileScope ；ClassScope是類作用域，對(duì)應(yīng)著定義的結(jié)構(gòu)體、聯(lián)合；MethodScope是函數(shù)作用域,對(duì)應(yīng)著定義的函數(shù)；LocalScope是局部作用域,對(duì)應(yīng)著函數(shù)體內(nèi)的一個(gè)塊。對(duì)于id與id(exp),可通過其定義得到作用域。lvexp.1d、*lvexp、Ivexp- > id、lvexp [exp]分別與父層表達(dá)式Ivexp的作用域一致。為滿足可擴(kuò)展性，本發(fā)明的類型系統(tǒng)采取了兩級(jí)映射的策略。首先在源文件級(jí)對(duì)Token做映射,例如將_int64、_int32、int都映射成int。第二級(jí)數(shù)據(jù)類型映射是將代碼級(jí)的數(shù)據(jù)類型映射為本發(fā)明定義的類型。對(duì)于識(shí)別出的可尋址表達(dá)式，通過類型推導(dǎo)規(guī)則推導(dǎo)其類型。對(duì)于聲明的標(biāo)志符變量，根據(jù)其聲明可知其類型。對(duì)于復(fù)雜數(shù)據(jù)類型的變量:(1)如果是數(shù)組，可知其元素的類型；(2)如果是指針，可知其指向的表達(dá)式的類型；(3)如果是結(jié)構(gòu)體，可知其每個(gè)域成員的類型；對(duì)于不能通過聲明識(shí)別的可尋址表達(dá)式，可通過類型推導(dǎo)規(guī)則推導(dǎo)出其類型。不同可尋址表達(dá)式的類型推導(dǎo)規(guī)則為:結(jié)構(gòu)體成員exp.1d的類型推導(dǎo):
權(quán)利要求
1.一種充分檢測(cè)空指針引用缺陷的方法，其特征在于，所述方法包括: 讀取被測(cè)應(yīng)用文件，對(duì)被測(cè)應(yīng)用進(jìn)行詞法分析和語法分析，生成被測(cè)應(yīng)用的抽象語法樹，根據(jù)所述抽象語法樹生成反映被測(cè)應(yīng)用控制結(jié)構(gòu)的控制流圖，并根據(jù)所述抽象語法樹創(chuàng)建被測(cè)應(yīng)用的符號(hào)表系統(tǒng)及類型系統(tǒng)，基于抽象語法樹識(shí)別出被測(cè)應(yīng)用的全部可尋址表達(dá)式； 根據(jù)所述控制流圖對(duì)被測(cè)應(yīng)用進(jìn)行保守的區(qū)間運(yùn)算與指針分析，并根據(jù)區(qū)間運(yùn)算與指針分析的結(jié)果，生成函數(shù)摘要； 根據(jù)所述函數(shù)摘要以及抽象語法樹識(shí)別出全部的指針引用以及被引用的指針，并對(duì)每個(gè)被引用的指針創(chuàng)建空指針引用缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例； 基于所述控制流圖運(yùn)行空指針引用缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例，對(duì)于所述控制流圖的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)區(qū)間運(yùn)算、指針分析的結(jié)果對(duì)每個(gè)缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例分別進(jìn)行狀態(tài)遷移，并確定空指針引用集合、安全指針引用集合、不確定的指針引用集合。
2.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的方法，其特征在于，所述基于抽象語法樹識(shí)別出被測(cè)應(yīng)用的全部可尋址表達(dá)式，包括: 基于抽象語法樹識(shí)別出被測(cè)應(yīng)用的所有定義的符號(hào)以及所有使用的可尋址表達(dá)式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于抽象語法樹識(shí)別出被測(cè)應(yīng)用的所有使用的可尋址表達(dá)式，包括: 從抽象語法樹上的后綴表達(dá)式節(jié)點(diǎn)識(shí)別所有使用的后綴表達(dá)式； 從抽象語法樹上的一元表達(dá)式節(jié)點(diǎn)識(shí)別所有使用的指針引用表達(dá)式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)控制流圖對(duì)被測(cè)應(yīng)用進(jìn)行保守的區(qū)間運(yùn)算與指針分析，包括: Al、根據(jù)控制流圖產(chǎn)生時(shí)的節(jié)點(diǎn)號(hào)順序，取控制流圖中的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，并在所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，結(jié)束當(dāng)前處理；否則執(zhí)行步驟A2 ； A2、對(duì)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上第一次出現(xiàn)的變量，用基于抽象內(nèi)存區(qū)域的四元模型〈Variable, Region, Expression, Domain〉對(duì)所述變量進(jìn)行建模，并根據(jù)所述變量的類型進(jìn)行初始操作，并設(shè)置初始區(qū)間值；若變量的類型是指針，則設(shè)置所述變量指向集合為空；其中，Variable為被建模的所述變量，Region為為所述變量分配的抽象內(nèi)存區(qū)域，Expression為符號(hào)表達(dá)式，Domain為取值區(qū)間； A3、對(duì)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)的除作用域的指針之外的每一個(gè)指針，確定每一個(gè)指針在所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的所有前驅(qū)節(jié)點(diǎn)上的指向集合的并集，得到指針在所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上的初始指向集合；其中，所述作用域?yàn)榉?hào)表系統(tǒng)中的作用域； A4、對(duì)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的除作用域的變量之外的每一個(gè)變量，確定每一個(gè)變量在所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的所有前驅(qū)節(jié)點(diǎn)上的取值區(qū)間的并集或區(qū)間集的并集，得到變量在所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上的初始取值區(qū)間或初始區(qū)間集；判斷在所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上是否存在某個(gè)變量的初始取值區(qū)間或初始區(qū)間集為空，若存在，則標(biāo)記該節(jié)點(diǎn)為矛盾節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行步驟Al ;若不存在，則執(zhí)行步驟A6; A5、根據(jù)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的語句類型,對(duì)該節(jié)點(diǎn)上每個(gè)已獲得初始指向集合的指針進(jìn)行保守的指針分析，對(duì)該節(jié)點(diǎn)上的每個(gè)已獲得初始區(qū)間值或初始區(qū)間集的變量進(jìn)行保守的區(qū)間運(yùn)算，并執(zhí)行Al。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述對(duì)所述變量進(jìn)行建模，包括: 變量為數(shù)組元素時(shí)，還建立數(shù)組的Region與該變量Region的父子層次關(guān)系；變量為結(jié)構(gòu)體或聯(lián)合類型時(shí)，還建立結(jié)構(gòu)體的Region或聯(lián)合的Region與該變量的Region的父子層次關(guān)系；變量為指針類型時(shí)，還設(shè)置變量指向集合為空，設(shè)置變量初始狀態(tài)為不確定unsure 狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟A5包括: A51、若所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的語句類型為賦值語句，則執(zhí)行A52 ;若所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的語句類型為條件語句，則執(zhí)行A58 ； A52、確定被賦值變量為指針引用時(shí)，執(zhí)行A53 ;確定被賦值變量為指針時(shí)，執(zhí)行A55 ;確定被賦值變量的類型為結(jié)構(gòu)體或聯(lián)合時(shí)，執(zhí)行A56 ;否則，執(zhí)行A57 ； A53、如果被引用的指針的指向集合只有一個(gè)抽象內(nèi)存區(qū)域，則將該抽象內(nèi)存區(qū)域作為被賦值的抽象內(nèi)存區(qū)域，則執(zhí)行A52 ;如果被引用的指針的指向集合有多個(gè)抽象內(nèi)存區(qū)域，則執(zhí)行A54 ； A54、確定指向集合的每一個(gè)抽象內(nèi)存區(qū)域的取值區(qū)間為變量當(dāng)前的取值區(qū)間與右端表達(dá)式取值區(qū)間的并集；如果指向集合的抽象內(nèi)存區(qū)域類型為指針類型，則確定每一個(gè)抽象內(nèi)存區(qū)域的指向集合為當(dāng)前指向集合與右端表達(dá)式指向集合的并集；結(jié)束對(duì)當(dāng)前語句的處理； A55、確定指針變量的取值區(qū)間為右端表達(dá)式的取值區(qū)間，確定指針變量的指向集合為右端表達(dá)式的指向集合； A56、如果被賦值變 量的類型為結(jié)構(gòu)體或聯(lián)合，將該變量的每個(gè)成員作為一個(gè)被賦值變量，將右側(cè)表達(dá)式中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)的成員作為為該成員賦值的右側(cè)表達(dá)式，并執(zhí)行A52 ；A57、如果被賦值變量的類型為基本類型，則根據(jù)被賦值變量的類型及右端表達(dá)式確定該賦值語句中表達(dá)式的取值區(qū)間，并將所述被賦值變量的取值區(qū)間重置為所確定的表達(dá)式的取值區(qū)間； A58、若所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的語句類型為條件判斷語句，則對(duì)該節(jié)點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的每一指針取初始的可能指向集后，分析該節(jié)點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的每一指針在所述條件判斷語句中指向的可能集合和必然集合；對(duì)該節(jié)點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的每一變量取初始的可能集后，計(jì)算該節(jié)點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的每一變量在所述條件判斷語句中的取值的可能集和必然集，得到該節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的控制流圖中真假分支上的所述變量的取值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成函數(shù)摘要，包括: 生成函數(shù)摘要的前置約束條件、特征信息和后置約束條件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述函數(shù)摘要以及抽象語法樹識(shí)別出全部的指針引用以及被引用的指針，包括: 識(shí)別出所有過程內(nèi)及過程間的指針引用以及被引用的指針； 其中，所有過程內(nèi)指針引用包括: 在抽象語法樹的一元表達(dá)式節(jié)點(diǎn)上識(shí)別出指針引用，以及被引用的指針； 在抽象語法樹的后綴表達(dá)式節(jié)點(diǎn)上識(shí)別出的指針引用，以及被引用的指針； 所有過程間指針引用包括: 在抽象語法樹的一元表達(dá)式節(jié)點(diǎn)上識(shí)別出函數(shù)調(diào)用表達(dá)式；如果函數(shù)調(diào)用表達(dá)式對(duì)應(yīng)的被調(diào)用函數(shù)有函數(shù)摘要時(shí)，則獲取函數(shù)摘要的前置約束條件以及所述前置約束條件中全部被約束變量，將與所述被約束變量對(duì)應(yīng)的實(shí)參或全局變量作為被引用的指針；如果函數(shù)調(diào)用表達(dá)式對(duì)應(yīng)的被調(diào)用函數(shù)沒有函數(shù)摘要時(shí)，則將傳遞給被調(diào)用函數(shù)的所有指針類型參數(shù)作為被引用的指針。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述控制流圖運(yùn)行空指針引用缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例，對(duì)于所述控制流圖的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)區(qū)間運(yùn)算、指針分析的結(jié)果對(duì)每個(gè)缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例分別進(jìn)行狀態(tài)遷移，并確定空指針引用集合、安全指針引用集合、不確定的指針引用集合，包括: B1、根據(jù)控制流圖產(chǎn)生時(shí)的節(jié)點(diǎn)號(hào)順序，取控制流圖中的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，如果所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，則結(jié)束對(duì)當(dāng)前函數(shù)的空指針引用檢測(cè)；否則執(zhí)行步驟B2 ； B2、對(duì)所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)的缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例集合，在多個(gè)缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例關(guān)聯(lián)同一個(gè)指針變量時(shí)，合并所述多個(gè)缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例，作為該指針變量對(duì)應(yīng)的新的缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例； B3、在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例關(guān)聯(lián)的指針變量的取值發(fā)生變化時(shí)，確定變量對(duì)應(yīng)的缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例的狀態(tài)產(chǎn)生遷移； B4、在所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)指針引用時(shí)，根據(jù)被引用指針在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上的取值對(duì)指針引用進(jìn)行檢測(cè)； B5、結(jié)束當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上的空指針引用檢測(cè)，執(zhí)行BI。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述在所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)指針引用時(shí)，根據(jù)被引用指針在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)上的取值對(duì)指針引用進(jìn)行檢測(cè)，還包括: 在非空狀態(tài)下進(jìn)行安全引用時(shí)，將所述指針引用輸入到安全指針引用集合； 在空狀態(tài)下進(jìn)行空指針引用時(shí)，將所述指針引用輸入到空指針引用集合； 在不確定狀態(tài)下進(jìn)行了指針引用時(shí)，將所述指針引用輸入到不確定指針引用集合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種充分檢測(cè)空指針引用缺陷的方法，包括基于抽象語法樹識(shí)別出被測(cè)應(yīng)用的全部可尋址表達(dá)式；根據(jù)控制流圖對(duì)被測(cè)應(yīng)用進(jìn)行保守的區(qū)間運(yùn)算與指針分析并根據(jù)區(qū)間運(yùn)算與指針分析的結(jié)果，生成函數(shù)摘要；根據(jù)所述函數(shù)摘要以及抽象語法樹識(shí)別出全部的指針引用以及被引用的指針，并對(duì)每個(gè)被引用的指針創(chuàng)建空指針引用缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例；基于控制流圖運(yùn)行空指針引用缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例，在控制流圖的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上，根據(jù)區(qū)間運(yùn)算、指針分析的結(jié)果對(duì)每個(gè)缺陷狀態(tài)機(jī)實(shí)例進(jìn)行狀態(tài)遷移，進(jìn)行空指針引用檢測(cè)。采用本發(fā)明，能有效解決空指針引用缺陷的漏報(bào)問題，實(shí)現(xiàn)空指針引用缺陷檢測(cè)零漏報(bào)及低誤報(bào)。
文檔編號(hào)G06F11/36GK103218296SQ201310141769
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者金大海, 宮云戰(zhàn), 董玉坤, 王雅文, 黃俊飛 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)