指針程序的分析以及循環(huán)不變形狀圖的推斷.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、近年來,計算機軟件系統(tǒng)在日常生活和工作中的地位越來越重要,而計算機軟件規(guī)模也日漸龐大,其安全問題也因此而受到更多的重視。在一些安全攸關的領域,軟件的高可信已經變得十分必要。提高軟件可信程度的一個重要方法就是形式程序驗證。在典型的形式程序驗證過程中,程序員通常需要手工書寫函數前后條件以及循環(huán)不變式,給程序員帶來了極大的不便。同時,循環(huán)不變式的自動推斷問題又遲遲沒有解決。這都是形式程序驗證在工業(yè)界的應用進展緩慢的原因。
   研究自

2、動推斷循環(huán)不變式的方法,不僅對程序驗證,而且對程序分析等領域也具有重要的意義。對指針程序而言,數據結構的形狀分析給循環(huán)不變式的推斷乃至程序驗證提供很多有用的信息。
   本文使用一種新的方式來解決指針程序分析驗證中的困難及循環(huán)不變式的自動推斷問題。我們設計了一個形狀系統(tǒng),要求程序員聲明各種遞歸結構類型參與構建的數據結構的形狀,并聲明指針變量所指向的形狀,以換取編譯器或其他軟件工具檢查程序是否有形狀錯誤,幫助排除所構建的形狀偏離程

3、序員期望的程序。與此同時,我們還設計了一種基于形狀圖邏輯的形狀分析方法,為程序驗證提供指針相關的循環(huán)不變形狀圖和函數前后條件形狀圖。
   形狀圖是表達程序所操作的聲明指針和動態(tài)分配的結構體中域指針的指向的一種圖形,它不僅準確地表達了指針之間的相等關系,還能提供其他有用信息,例如可用來查詢訪問路徑的別名。循環(huán)不變形狀圖是循環(huán)不變式中關于指針部分的形狀圖表示,描述了循環(huán)不變式中指針之間的相等關系等信息。形狀圖邏輯把形狀圖看作程序中

4、指針信息斷言的一種圖形表示,并在此基礎上對Hoare 邏輯進行擴展,可用于對操作易變數據結構的指針程序的分析和驗證。
   基于形狀圖邏輯,采用先形狀分析,后程序驗證的方法,我們實現了一個程序驗證器。該驗證器能夠驗證本文所定義的各種形狀的程序,并且不需要程序員提供有關數據結構形狀的函數前后條件和循環(huán)不變式,但需要程序員提供非指針型數據的函數前后條件和循環(huán)不變式。本文所設計實現的方法在一定程度上解決了循環(huán)不變式自動推斷的難題,為程

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