基于切片技术的软件理解辅助系统设计与实现

论文摘要

随着计算机技术的发展和软件系统规模的扩大，现有软件系统往往积累了大量的行业知识，包括系统需求、业务规则和设计决策等，因此对软件系统的维护显得越来越重要。而对原有系统的理解是对软件进行维护的前提，只有正确理解了原有系统的功能，才能高效率地对原有系统进行维护和改进。因此，软件理解在软件维护过程中发挥着重要的作用。程序切片技术是Mark Weiser提出的一种程序分析的技术，它通过计算与某个用户感兴趣的变量相关的语句集来分解程序。程序切片技术的提出，极大地丰富了程序分析和程序理解的理论基础。在软件工程的各个领域如程序分析、理解、测试、调试、度量等，程序切片技术都得到了广泛的应用。本文设计的系统以程序切片技术为基础，采用的是Weiser提出的数据流迭代算法。由于C语言编制程序中指针的广泛使用，如果对指针作保守估计，将极大损害数据流分析结果的精确度。本文考察了指针分析的表示法、指针问题的复杂度、以及指针问题的分类，在介绍了一种上下文敏感的过程间指针分析算法的基础上，针对函数指针间接进行的函数调用，本文利用Atkinson函数类型签名过滤的思想，给出了一种提高函数指针指向精确度的方案。本文最后给出了系统的设计与实现，在程序分析前端的预处理器中，对系统头文件的包含作了过滤处理，这样就使得程序经过词法分析、语法分析之后，在中间代码产生器中产生的中间代码的数目大大减少。在分析后端实现了程序切片器、交叉引用器、模块内聚度量、文件及函数依赖显示器等。实现中用到的技术有LEX、YACC、dom4j、Java Swing、JFreeChart等。由于中间代码采用了XML表示存储，在此基础上开发新的后端分析工具是很容易的。本文中的系统对于软件人员关注变量使用，方便理解程序提供了帮助。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 什么是程序理解
• 1.2 程序理解的任务
• 1.3 软件理解方法
• 1.4 程序理解研究现状
• 1.5 本文的组织
• 2 程序切片技术
• 2.1 程序切片技术简介
• 2.2 程序切片算法
• 2.2.1 数据流算法
• 2.2.2 图可达性算法
• 2.2.3 ANSI C程序切片实现中的问题
• 3 指针分析算法的设计
• 3.1 指针分析器在辅助系统数据流中的位置
• 3.2 指针分析的表示法选择
• 3.3 指针分析算法
• 3.3.1 指针分析问题的复杂度
• 3.3.2 指针分析算法实现上的复杂性
• 3.4 一个上下文敏感的过程间指针分析算法
• 3.4.1 上下文敏感的过程间指针分析算法
• 3.4.2 过程内指针分析算法
• 3.4.3 过程间指针分析算法
• 3.4.4 基于类型签名过滤的函数指针分析算法
• 3.4.5 指针数组的处理
• 4 软件理解辅助系统的设计与实现
• 4.1 系统结构
• 4.2 程序分析前端的设计与实现
• 4.2.1 程序预处理器
• 4.2.2 词法分析器与语法分析器
• 4.2.3 中间代码的产生、转换以及装载
• 4.3 后端分析工具的设计与实现
• 4.3.1 程序切片器与切片的可视化
• 4.3.2 程序的内聚度分析
• 4.3.3 程序交叉引用器
• 4.3.4 函数依赖图形显示
• 4.3.5 文件依赖图形显示
• 4.4 系统测试
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢