專利名稱：一種改進的基于符號執(zhí)行的軟件靜態(tài)測試方法及工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進的基于符號執(zhí)行的軟件靜態(tài)測試方法及工具，屬于軟件的靜態(tài)測試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
軟件測試技術(shù)通常分為靜態(tài)測試和動態(tài)測試。動態(tài)測試就是執(zhí)行程序，再觀察其行為是否滿足要求。既可由用戶直接觀察，也可以使用一定的輔助工具。靜態(tài)測試是不執(zhí)行程序代碼而尋找程序代碼中可能存在的缺陷或評估程序代碼的過程，程序靜態(tài)測試的目標不是證明程序完全正確，而是作為動態(tài)測試的補充，在程序運行前盡可能多的發(fā)現(xiàn)其中隱含的錯誤，提高程序的可靠性和健壯性，靜態(tài)測試在更高的抽象層次上對程序的某些屬性進行考察，而不是對程序的某一個特定輸入的考察。現(xiàn)在國內(nèi)對于靜態(tài)測試中的符號執(zhí)行方法方面的研究并不是很充分，國內(nèi)比較著名的是北京航空航天大學(xué)軟件研究所開發(fā)的Mfeftx) C/C++, SafePro C/C++提供多選窗口單驅(qū)動的用戶工作環(huán)境，支持若干種測試信息的快速關(guān)聯(lián)分析，提供了圖文并茂的軟件測試結(jié)果報告，同時支持靜態(tài)和動態(tài)測試。在這些已有的軟件靜態(tài)測試理論和測試工具中，一般仍然或多或少存在以下不足(1)對符號執(zhí)行功能模塊沒有得到充分重視和實現(xiàn)；(2)對隱含的代碼錯誤測試效果不好，如果再次測試將花費大量的人力物力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種改進的基于符號執(zhí)行的軟件靜態(tài)測試方法及工具。本發(fā)明公布了一種改進的基于符號執(zhí)行的軟件靜態(tài)測試方法，已經(jīng)開發(fā)包含該方法的面向宿主的軟件自動化測試工具。其特征在于包括如下步驟1、第一階段分析。其中包括1. 1)將被測代碼輸入測試工具中；1. 2)根據(jù)C語言文法自定義一個關(guān)鍵詞列表，并對照關(guān)鍵詞列表對被測試代碼進行詞法分析；1. 3)根據(jù)C語言文法自定義函數(shù)結(jié)構(gòu)模塊、構(gòu)造抽象語法樹的生成算法，并對照詞法分析的結(jié)果，利用“自下而上”的方法(即從從語法樹的末端開始，步步向上“歸約”)， 對被測代碼進行語法分析，最終得到程序靜態(tài)分析樹(PAT)作為一個中間表示形式，并且利用文檔進行存儲；2、第二階段分析。其中包括2. 1)根據(jù)第一階段分析步驟(1. 2)中的詞法分析結(jié)果，以特定結(jié)構(gòu)體的形式(包含變量名稱及變量的符號值)建立變量列表、以鏈表的形式存儲當(dāng)前路徑條件(便于回溯)；2. 2)根據(jù)第一階段分析步驟(1. 3)中的語法分析結(jié)果，對程序靜態(tài)分析樹進行中序遍歷，同時對變量列表中變量的符號值進行替換；將步驟(2. 1)中存儲的路徑條件進行約束求解得到可執(zhí)行路徑，并且依照算法得到每個變量最終的符號執(zhí)行結(jié)果，最終以文本的格式保存。本發(fā)明出了可以進行傳統(tǒng)符號執(zhí)行得到相應(yīng)的結(jié)果之外，還可以根據(jù)C語言的文法，對于程序中潛在的錯誤進行報錯，例如whileO語句中若循環(huán)條件為空，則會自動報錯，因此通用性比較強的。


圖1:本發(fā)明工作流程圖；圖2 本發(fā)明語法分析過程流程圖；圖3 本發(fā)明符號執(zhí)行過程流程具體實施例方式下面結(jié)合附圖1、圖2、圖3對本發(fā)明的工作流程進行詳細說明。基于符號執(zhí)行的軟件靜態(tài)測試方法，有如下軟件測試步驟1、第一階段分析，具體步驟如圖2所示，其中包括1. 1)將被測代碼輸入測試工具中；1. 2)根據(jù)C語言文法自定義一個關(guān)鍵詞列表，并對照關(guān)鍵詞列表對被測試代碼進行詞法分析；1. 3)根據(jù)C語言文法自定義函數(shù)結(jié)構(gòu)模塊、構(gòu)造抽象語法樹的生成算法，并對照詞法分析的結(jié)果，利用“自下而上”的方法(即從從語法樹的末端開始，步步向上“歸約”)， 對被測代碼進行語法分析，最終得到程序靜態(tài)分析樹(PAT)作為一個中間表示形式，并且最終用樹形控件進行顯示；其中，步驟(1.2)進一步包括(1.2.1)建立一個關(guān)鍵詞列表，該關(guān)鍵詞列表包含有C語言文法中的大部分關(guān)鍵詞；(1.2. 2)將被測代碼保存于臨時文件中，以讀文件的方式，將被測代碼讀入詞法分析模塊；(1. 2. 3)根據(jù)所讀出字符的不同類型，進入相應(yīng)的掃描狀態(tài)(例如若讀取字符為a-z或A-Z中的一個，則進入INID掃描狀態(tài)，繼續(xù)讀取下一個字符，以此類推直至遇到終結(jié)符為止)；(1.2. 4)若詞法分析的返回值是關(guān)鍵詞列表中的成員，則調(diào)用替換函數(shù)返回相應(yīng)的替換值；詞法分析直至文件中內(nèi)容被全部讀完方才結(jié)束；其中，步驟(1.3)進一步包括(1. 3.1)根據(jù)C語言的文法，定義相應(yīng)的函數(shù)模塊(順序模塊、循環(huán)模塊、分支模塊等)，比如在程序中預(yù)先定義if模塊iretatement、 while 模塊 WhileStatement、Switch. . . case 模塊 SwitchStatement 等等；(L 3. 2)根據(jù)詞法分析的返回值，判斷屬于已定義的函數(shù)模塊中的那一項，并進入相應(yīng)的靜態(tài)語法樹構(gòu)造函數(shù)(以下步驟都是以if模塊iretatement為例)；(1. 3. 3)讀取if語句的條件，并且判斷是否有合取范式(CNF)、析取范式(DNF)，按照設(shè)計沿著函數(shù)嵌套調(diào)用，此過程依次為 Boolean () - > T2 () - > F2 ()，在函數(shù)F2中我們可以得到具體的條件約束符(大于、小于、等于等等)，并且創(chuàng)建相應(yīng)的抽象語法樹Ftree然后將F2 ()的抽象語法樹Ftree作為返回值返回給T2()函數(shù)，并且判斷條件中是否存在合取范式(CNF)。若存在合取關(guān)系，則首先創(chuàng)建 “and”類型的抽象語法樹Ttree (這里將之前返回的Ftree作為其左節(jié)點)，將同時再次調(diào)用 F2 0返回下一棵抽象語法樹；若不存在合取關(guān)系，則直接將抽象語法樹Ftree作為T2 0函數(shù)的返回值，返回給BooleanO函數(shù)，并且判斷若條件中是否存在析取范式(DNF)，若不存在析取關(guān)系，則直接返回Ftree作為最終的描述if模塊中條件部分的語法樹；若存在析取關(guān)系，則首先創(chuàng)建“or”類型的抽象語法樹Booltree，將T2 0函數(shù)返回的語法樹作為其左節(jié)點，并且再次調(diào)用T20- > F2 0，返回下一棵抽象語法樹作為其右節(jié)點，依次類推，最終可以規(guī)約出一顆總的抽象語法樹B00Itree來完成將if模塊中條件部分進行正確描述；采用相類似的函數(shù)嵌套調(diào)用的語句塊，我們可以順利地讀取滿足if條件后的代碼段(即所謂的 then子抽象語法樹)，并且建立相應(yīng)的抽象語法子樹，對其進行正確描述；同理可以得到不滿足if條件的代碼塊(即else子抽象語法樹)，也可以為空；(1.3. 4)建立If^tatement模塊抽象語法樹，并且將通過(1. 3. 2)建立的抽象語法子樹作為其左節(jié)點，將通過(1. 3. 3)建立的抽象語法子樹作為其右節(jié)點；(1. 3. 5)將被測代碼中所有的抽象語法子樹(可能包含順序模塊、循環(huán)模塊、分支模塊等)通過C語言語法進行整合，最終利用“自下而上”的語法分析方法(即從從語法樹的末端開始，步步向上“歸約”)生成一顆總的抽象語法樹(PAT)；2、第二階段分析。具體步驟如圖3所示，其中包括2. 1)根據(jù)第一階段分析步驟(1. 2)中的詞法分析結(jié)果，建立變量列表(包含變量名稱及變量的符號值)、以鏈表的形式存儲當(dāng)前路徑條件(便于回溯)；2. 2)根據(jù)第一階段分析步驟(1. 3)中的語法分析結(jié)果，對程序靜態(tài)分析樹進行遍歷，同時對變量列表中變量的符號值進行替換；依照程序的可執(zhí)行路徑得到每個變量最終的符號執(zhí)行結(jié)果，最終可以與預(yù)期的結(jié)果進行比較。其中步驟(2. 1)進一步包括(2. 1. 1)通過第一階段分析步驟(1. 2)中的詞法分析的返回值建立變量列表Syn^taCk(用棧的方式進行存儲)，我們知道C語言中變量的類型一般包括char (字符型)，double (雙精度)，float (單精度)，int (整形)，long (長整形)等，這里我們通過詞法分析返回的單詞符號(根據(jù)C語言中定義變量時，先定義變量的類型這一語法來查找到所有的變量)建立變量列表Syn^tack，變量列表包括變量名和變量的符號值(初始化變量的符號值時，默認為與變量名相同)；(2. 1.2)通過第一階段分析步驟(1.2)中的詞法分析的結(jié)果存儲當(dāng)前的路徑條件(使用了一個用鏈表表示的棧cur_pC 來存儲，鏈表的節(jié)點是一個轉(zhuǎn)換條件，條件之間是合取關(guān)系)；其中步驟(2. 進一步包括(2. 2.1)通過第一階段分析步驟(1. 得到建立的抽象語法子樹，利用中根遍歷的方法對其進行遍歷(每當(dāng)遍歷到一個變量結(jié)點時，在 Syn^tack表中查找相應(yīng)的變量名，并將找到的變量相應(yīng)的符號值賦給語句中各個變量，對其所得到的符號表達式進行運算，得到了執(zhí)行賦值語句后的變量的符號值)；(2. 2. 通過第二階段步驟(2. 1)得到當(dāng)前的路徑條件，并且求解工具lp_S0lVe對于路徑約束條件進行求解，來判斷是否為可執(zhí)行路徑)，之后將變量列表Syn^tack中屬于可執(zhí)行路徑的變量賦值記錄進行處理(即將該節(jié)點進行入棧處理)，以此類推，依照程序的可執(zhí)行路徑得到每個變量最終的符號執(zhí)行結(jié)果，可以通過與預(yù)期結(jié)果的比較來驗證本符號執(zhí)行工具的可靠性。3、優(yōu)勢與創(chuàng)新本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)有以下的改進和創(chuàng)新
(1)根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)，我們已經(jīng)開發(fā)了基于符號執(zhí)行的軟件靜態(tài)測試工具；(2)通用性強，對于以C語言編寫的代碼有具有一定的適用性；(3)根據(jù)C語言的文法，對于程序中潛在的錯誤進行報錯，可以說具備了小型編譯器的一些特點；(4)利用約束求解工具完成了對于可執(zhí)行路徑的自動判別，從而可以最終得到程序按可執(zhí)行路徑運行后的符號執(zhí)行結(jié)果。
權(quán)利要求
1. 一種改進的基于符號執(zhí)行的軟件靜態(tài)測試方法及工具，已經(jīng)開發(fā)包含該方法的面向宿主的軟件自動化測試工具，其特征在于包括如下步驟1、第一階段分析。其中包括1.1)將被測代碼輸入測試工具中；1. 2)根據(jù)C語言文法自定義一個關(guān)鍵詞列表，并對照關(guān)鍵詞列表對被測試代碼進行詞法分析；1.3)根據(jù)C語言文法自定義函數(shù)結(jié)構(gòu)模塊、構(gòu)造抽象語法樹的生成算法，并對照詞法分析的結(jié)果，利用“自下而上”的方法(即從從語法樹的末端開始，步步向上“歸約”)，對被測代碼進行語法分析，最終得到程序靜態(tài)分析樹(PAT)作為一個中間表示形式，并且利用文檔進行存儲，且利用樹型控件進行顯示；2、第二階段分析。其中包括2. 1)根據(jù)第一階段分析步驟(1. 2)中的詞法分析結(jié)果，以特定結(jié)構(gòu)體的形式(包含變量名稱及變量的符號值)建立變量列表、以鏈表的形式存儲當(dāng)前路徑條件(便于回溯)；2.2)根據(jù)第一階段分析步驟(1.3)中的語法分析結(jié)果，對程序靜態(tài)分析樹進行中序遍歷，同時對變量列表中變量的符號值進行替換；將步驟(2. 1)中存儲的路徑條件進行約束求解得到可執(zhí)行路徑，并且依照算法得到每個變量最終的符號執(zhí)行結(jié)果，最終以文本的格式保存。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的改進的基于符號執(zhí)行的軟件靜態(tài)測新技術(shù)，其特征在于增加了判斷可執(zhí)行路徑的模塊(利用了約束求解工具lp_solVe對于路徑約束條件進行求解，來判斷是否為可執(zhí)行路徑)。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種改進的基于符號執(zhí)行的軟件靜態(tài)測試方法及工具，有如下步驟1、第一階段分析。其中包括1.1)將被測代碼輸入測試工具中；1.2)根據(jù)C語言文法自定義一個關(guān)鍵詞列表進行詞法分析；1.3)根據(jù)C語言文法自定義函數(shù)結(jié)構(gòu)模塊及算法對代碼進行語法分析得到程序靜態(tài)分析樹；2、第二階段分析。其中包括2.1)根據(jù)步驟(1.2)中詞法分析結(jié)果，以結(jié)構(gòu)體的形式(包含變量名稱及變量的符號值)建立變量列表、以鏈表的形式存儲當(dāng)前路徑條件；2.2)根據(jù)步驟(1.3)中語法分析結(jié)果，對程序靜態(tài)分析樹進行中序遍歷，將步驟(2.1)中存儲的路徑條件進行約束求解得到可執(zhí)行路徑，得到變量最終的符號執(zhí)行結(jié)果。本發(fā)明能夠克服在其他靜態(tài)測試中不能確定程序中變量的值的問題。
文檔編號G06F11/36GK102262580SQ201010180129
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月24日
發(fā)明者劉久富, 婁堅波, 李金奎, 王偉, 蘇青琴, 陳魁 申請人:南京航空航天大學(xué)