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错误定位序关系在程序修复中的应用与实现

冼丽嘉  
【摘要】:程序调试是修复程序错误的过程,是软件开发过程中一个非常重要的步骤。但这是一项困难的工作。如果没有自动化技术的辅助,从源代码中定位一个错误是一项具有挑战性的工作。即使错误已经被定位,软件开发者依旧需要相当多的时间来判断错误所在并做出适当的修复。近年来,程序自动化调试的研究有了相当大的进展。这些研究大多集中于研究错误定位,或是通过缩小漏洞的搜索范围来帮助开发者更快地识别出错误语句。但是,大多数的程序修复依然是由手工完成的。 本文提出了一种基于错误定位序关系的程序修复方法,其基本思想是根据错误定位得到的一组带序关系的疑似错误语句,将原有的错误程序变成多个非确定性的程序,即用有着非确定性行为的语句来分别代替有着确定行为的疑似错误语句。这些非确定性的程序可以转换为多个布尔可满足(SAT)问题,分别用形式化规范来修剪其不确定性从而找到候选修复。本文根据错误定位的序关系,对每个SAT问题中的每一组子式赋予权值,并建立疑似错误语句行号与布尔变量集合之间的映射关系。这样,其归约为一个带权值的最大可满足(Weighted MAX-SAT:Weighted Maximum Satisfiability)问题,使得求解器在寻找可满足原有多个SAT问题的修复模型时,能够根据错误定位的序关系进行有序的、有选择性的寻找。 本文主要的研究内容包括:将Java代码和相应的形式化规范编码成一种关系逻辑编程语言(FIR:Forge Intermediate Representation),即将原程序和形式化规范看成是关系以及关系之间的操作;将具有确定性行为的FIR变成具有非确定性行为的FIR;将具有非确定性行为的FIR转换成关系逻辑公式;将关系逻辑公式转换为SAT问题。通过研究这些内容,疑似错误行号与布尔逻辑公式中布尔变量集合的映射关系被建立起来。根据这个映射关系,以及错误定位的序关系,对每个SAT问题中的每个子式赋予权值,将其归约为Weighted MAX-SAT问题,进而利用Weighted MAX-SAT求解器进行求解,可以得到针对原程序的候选修复模型。 由于本方法是基于形式化规范的有界验证(Bounded Verification)技术的应用延伸,能否精确地实现语句修复依赖于程序形式化规范的正确性及完整性,同时也依赖于验证阶段中这个验证范围最大值的设定。因此如何在精确的形式化规范以及大量的测试用例之间找到平衡点是本修复方法中有待探讨的一个问题。初步的实验结果表明,本方法能够针对具有明确形式化规范的、操纵数据结构的Java程序产生候选修复模型。


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