如何对Eclipse CDT的程序修改与信息提取

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发布于2023-04-24

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　　软件白盒测试中，需要对待测程序的结构进行分析，根据不同的覆盖策略，设计不同功能的探针函数并确定合适的插入点。同时，为了完成插装、保证搜集到正确的被测程序执行信息，便于统计执行结果以及输出测试报告，还需要进行程序结构的调整、辅助信息的添加等程序修改以及信息的提取操作。　　　　目前常用来进行信息提取修改的工具主要有Gcc、JavaCC等，虽然可以达到目的，但无论实现的复杂度还是可操作性都面临较大的挑战，而Eclipse CDT开源工具提供了有力的支持，基于其强大的方法库以及清晰简洁的架构，我们可以方便地使用程序抽象语法树（AST）信息。本文采用Eclipse CDT开源包，进行待测程序AST的获取，并结合此结构完成覆盖策略实现的部分工作。

　　1 程序修改与信息提取工具　　　　对源程序进行修改及信息提取主要有以下两种方式：　　　　（1）直接编写针对源程序语言的词法、语法分析器，对源程序进行分析，得到源程序的信息，并在修改后重建。　　　　（2）利用开源工具实现。常用工具属于第一种方式，这种方式特点是，语法识别准确，提取的源代码信息比较准确，编写静态信息输出接口也有利于实现交互，但是由于语言描述比较复杂，实现难度比较大。　　　　2 基于Eclipse CDT的程序修改　　　　2.1 程序标准化　　　　本文所说的标准化，主要是进行源程序结构的调整。主要的调整有：①注释语句的去除②为分支循环语句添加语句块标记“{}”。在AST中注释语句对应的节点类型为IASTComment，当遍历到该类型节点时，不进行其他操作。CASTIfStatement类型对应if语句，CASTCompoundStatement类型对应语句块“{}”节点并作为CASTIfStatement节点的孩子节点出现，因此可以通过判断CASTIfStatement节点下是否存在CASTCompoundStatement节点判断该if语句是否有语句块标记，如果没有的话，在将if语句的对应的token写入新文件之前，应该先写入“{”，然后写入if语句，最后写入“}”，而对应CASTSwitchStatement语句以及循环语句CASTForStatement，CASTWhileStatement等有相似的操作。这样，通过去除注释以及添加花括号，我们得到标准的程序结构，为后续插桩点确定、路径统计等做准备。　　　　2.2 隐藏段的添加　　　　隐藏段的作用主要是用来记录程序的执行路径，以便于进行覆盖分析、路径分析乃至测试用例生成等工作，列如只有if语句而缺少与之搭配的else语句，就需要在遍历AST的过程中自动添加else隐藏段。　　　　2.3 探针函数的插桩　　　　在对AST访问的过程中，读取之前信息提取时确定的插装点信息，将探针库的头文件“probe.h”以及相应的探针函数调用使用文件流写到文件中。为了不影响源程序的逻辑完整，插入探针函数时可以采用特殊结构，例如逗号表达式、多目表达式等。　　　　3 基于Eclipse CDT的程序信息提取　　　　具体到不同的策略，item可以是可执行语句、条件语句、分支语句和路径等。利用AST节点类型，实现这些信息的统计非常方便。　　　　3.1 统计信息　　　　对于待测程序来说，通过CDT得到的AST中，每一条语句都对应一个IASTStatement节点，统计总的可执行语句数时，只需要排除非可执行语句，然后设置全局变量，对可执行语句进行计数，当AST遍历完成之后，整个待测函数的可执行语句数即可获得。同样，AST中，每个分支、每个条件都会作为单独的节点出现，相应的全局变量即可完成统计。　　　　3.2 计算信息　　　　覆盖测试中的路径总数，需要通过计算获取。分析如下：　　　　对于一条路径，需要考虑两个元素，一是节点，二是节点之间的边。　　　　3.2.1 节点　　　　首先，对于一组顺序执行语句来说，可以将其看作一个节点。对于条件语句来说，情况较为复杂，往往需要考虑条件的类型，具体来说，例如表达式“if（a < b || b < c && c > 1）”，我们需要建立三个节点，节点1为“a < b”，当取真时，则进入if语句块内执行，否则执行节点2“b < c”，对于节点2，当取真时，执行节点3“c > 1”，否则，会直接执行整个if条件表达式为假之后的语句。另外，跳转语句之后不应该与其他节点有边相连。　　　　3.2.2 节点之间的边　　　　根据节点类型，边的关系有，顺序节点与条件节点相连，条件节点与顺序节点相连，条件节点中不同类型的子表达式节点相连，其他节点与跳转节点相连等。　　　　在遍历AST过程中，我们通过节点名来判断节点类型，并以此来建立节点与节点之间的边的关系，可以选邻接矩阵来进行存储表示。当AST访问完成，通过邻接矩阵即可完成路径总数计算。　　　　4 总结　　　　软件白盒测试中，程序信息的修改与获取是关键点，常规工具如Gcc、JavaCC等面临复杂度高，操作不方便的问题，而Eclipse CDT提供了强大的分析功能。在此基础之上，可以集中在覆盖算法设计实现上，本文提出了几种覆盖策略所需条件的算法实现。同时，除了本文中CDT适用于C/C++，基于Eclipse的AST提取工具还可以支持Java、Javascript等，它们都可以同CDT集成，对于完成更加强大通用的应用，提供广泛的支持。

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