[发明专利]一种基于抽象解释和模型验证的运行时错误分析方法

权利要求书

1.一种基于抽象解释和模型验证的运行时错误分析方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）构造待分析程序的控制流图；

（2）从该控制流图的入口点开始，根据控制流图的迁移方向利用区间域基本操作计算程序中各节点处的变量值范围；

（3）当程序中各节点的变量值范围稳定时，变量值范围计算终止，所述变量值范围计算过程采用迭代计算的方法计算程序中出现的循环节点；

（4）根据待分析的运行时错误类型，在待分析程序中需要检测的节点处将变量值范围信息转化为断言或假设并插入程序中；所述的运行时错误类型包括除零操作、数组越界、负数开偶次方和数值溢出；

（5）将步骤（4）中带有断言和假设的程序转化为布尔公式，所述的布尔公式包括限制条件和属性，其中限制条件为程序的各赋值语句和假设，属性为断言；

（6）利用SAT验证器判断步骤（5）中布尔公式中属性的正确性，若验证正确，则进入步骤（7），否则说明存在该类运行时错误并提供相关的反例路径；

（7）说明不存在该类运行时错误，结束分析过程。

2.根据权利要求1所述的一种基于抽象解释和模型验证的运行时错误分析方法，其特征在于：所述步骤（2）中区间域的基本操作包括区间域加、减、乘、除、交、并和拓宽。

3.根据权利要求1所述的一种基于抽象解释和模型验证的运行时错误分析方法，其特征在于：所述步骤（3）中循环节点的迭代计算采用循环展开和延迟拓宽相结合的方法实现：首先通过预先设置循环展开次数，将计算出的变量的新值替换前一次计算出的旧值，在迭代计算到达设定的展开次数之后再设置一定延迟次数，在给定的延迟次数内将每次计算后的变量的新值与前一次计算的旧值求并运算，最终循环迭代次数达到设置的延迟次数之后进行拓宽运算。

4.根据权利要求1所述的一种基于抽象解释和模型验证的运行时错误分析方法，其特征在于：所述步骤（4）中运行时错误类型分析方法如下；

（1）除零运算：在进行除法运算的程序节点处，判断除数变量取值范围是否包含0，如果包含则插入该变量不为0的断言assert（变量！=0），否则不插入断言，同时在该程序节点处以assume（）的形式插入除数变量的值范围信息；

（2）数组越界：判断数组下标变量值范围是否落于数组最大界和最小界之内，如果大于最大界，则插入该变量小于最大界的断言assert（变量<最大界）；如果小于最小界，则插入该变量大于最小界的断言assert（变量>最小界）；否则不插入断言，同时在该程序节点处以assume（）形式插入数组下标变量的值范围信息；

（3）负数开偶次方:在进行开偶次方运算的程序节点处，判断被开方数的值范围是否包含负值，如果包含则插入被开方数为正的断言assert（被开放数>=0），否则不插入断言，同时在该程序点处以assume（）形式插入被开方数的值范围信息；

（4）数值溢出：判断变量取值范围是否超过机器最大数，如果超过则插入该变量小于机器最大数的断言assert（变量<机器最大数），否则不插入断言，同时在该程序点处以assume（）形式插入该变量的值范围信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于抽象解释和模型验证的运行时错误分析方法，其特征在于：所述步骤（5）中布尔公式转换方法如下：

（1）将程序中的break,continue语句转换成goto语句；将程序中的for,dowhile语句转换成while语句；

（2）设定循环次数，将转换后的while语句展开成if语句，同时在最后一次循环结束时插入while循环判断条件为假的断言；对后向goto语句采用类似while循环体的方式展开；经过处理的程序仅包含if、前向goto语句、赋值语句、断言、假设和标签，称之为静态独立程序块；

（3）将静态独立程序块转换成布尔公式，包括限制条件和属性，其中限制条件为程序的各赋值语句和假设，属性为需要验证的断言。