專利名稱：基于程序執(zhí)行軌跡的動態(tài)切片系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在軟件開發(fā)過程中進行程序切片的方法，尤其是不僅可以有效處理復雜大型程序，而且可以提高切片精度的基于程序執(zhí)行軌跡的動態(tài)切片系統(tǒng)。
背景技術：
隨著軟件規(guī)模的日益增大，傳統(tǒng)的調試技術不能夠有效的處理復雜大型程序。大型應用系統(tǒng)通常有數(shù)百行的代碼，程序開發(fā)人員往往不能夠快速的理解程序中的代碼，這給程序的調試和維護工作帶來了很大的困難。而程序切片是一種程序分析技術，用來將大程序分解成小片段，刪除一些與興趣點不相關的語句，幫助開發(fā)人員從中提取感興趣的部分。其概念和原理由M. Weiser于1979年首次建立。使用程序切片技術，將簡化程序分析和理解的難度，加速程序的測試和調試工作，縮短程序的開發(fā)和維護時間。 程序P中的切片準則可以表示成一個二元組〈P，V〉，其中P是程序中的一條語句，V是在η處定義或引用的變量集合。關于該切片準則的切片將包含哪些影響和控制P處變量V的值得語句。程序切片的計算可以看作一個圖的可達性問題，是在系統(tǒng)依賴上找出可達節(jié)點。系統(tǒng)依賴圖由一個或多個程序依賴圖組成。每個過程依賴圖表示一個過程內(nèi)的控制依賴和數(shù)據(jù)依賴關系。在系統(tǒng)依賴圖中，每個過程的依賴圖被連接起來，這些邊表示過程間的數(shù)據(jù)依賴和控制依賴。程序切片可以分為靜態(tài)程序切片和動態(tài)程序切片。針對給定的切片準則，兩者主要的差異在于進行切片時所需要的信息不同，靜態(tài)程序切片僅需要程序的靜態(tài)信息，即源程序；而動態(tài)程序切片需要根據(jù)程序的輸入，記錄程序的整個執(zhí)行軌跡。靜態(tài)程序切片考慮的是程序所有的執(zhí)行情況，而動態(tài)切片僅考慮程序針對某一輸入的特定執(zhí)行情況。因此，動態(tài)切片包含的語句更少，結果更精確些。然而，動態(tài)程序切片需要的程序執(zhí)行軌跡在獲取和儲存方面都受到時間和空間的限制。優(yōu)化過的動態(tài)切片算法需要數(shù)分鐘到幾十分鐘，其前期的準備時間更長，所以動態(tài)切片的算法優(yōu)化是一個很重要的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的動態(tài)切片算法其效率和精度較低的問題，本發(fā)明提供一種基于程序執(zhí)行軌跡的動態(tài)切片系統(tǒng)，該動態(tài)切片系統(tǒng)依據(jù)堆棧跟蹤進行切片的方法，首先利用調試器的信息記錄程序執(zhí)行軌跡，找出該次執(zhí)行中涉及的語句；在記錄程序執(zhí)行軌跡的同時計算程序的控制依賴關系得到程序切片，在程序切片的過程中不需要對程序進行回溯，大大提聞了算法的效率，根據(jù)控制依賴關系和變量的定義引用 目息提聞了切片的精度。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是
本系統(tǒng)使用eclipse進行開發(fā)，可以對Java程序進行動態(tài)程序切片。依據(jù)程序動態(tài)執(zhí)行軌跡進行程序切片需要依據(jù)以下六步進行
(O系統(tǒng)獲得程序的執(zhí)行路徑信息，即Path Analysis，獲取當前執(zhí)行語句的信息。在得到當前執(zhí)行語句的信息，對這些信息進行數(shù)據(jù)依賴分析，即DefVars or UseVarsAnalysis，得到當前執(zhí)行語句的定義變量集和使用變量集。模塊核心功能是獲得待分析語句一次完整執(zhí)行的執(zhí)行序號ExecutionNum和語句行號LineNum。執(zhí)行序號比較好分析，它是從I開始，并每次加I的執(zhí)行序列，即I2 3 4…η,其中η表不最后執(zhí)行的序號。每個執(zhí)行序號對應一個語句行號,表不程序第ExecutionNum執(zhí)行語句LineNum,因為分析過程內(nèi)程序,不需要考慮不同的類、不同的方法。語句行號需要從虛擬機獲取。在處理ThreadStartEvent時，即程序即將開始執(zhí)行，設置StepRequest，虛擬機開始單步執(zhí)行程序。單步執(zhí)行的效果是在每條語句執(zhí)行前，單步執(zhí)行事件StepEvent發(fā)生，執(zhí)行語句的線程被掛起，調試器獲得當前的執(zhí)行位置信息Location，通過其模塊可以獲得當前執(zhí)行的行號信息。信息獲取完成后，恢復掛起的線程。(2)對Java的.class文件進行靜態(tài)分析,實現(xiàn)了對Java源文件中每條語句中定義變量集DefVars和使用變量集UseDefs的獲取功能。(2a)首先，初始化Soot，完成Soot的初始設置工作。Soot是一種用于Java優(yōu)化的框架，它為不同的分析目的提供了四種不同的中間表示，這里需要做的是對Soot中的Jimple這一中間表示進行分析。Jimple是一種基于類型的3地址格式語句的中間表示,是一種介于Java源代碼和Java字節(jié)碼的中間表示。該模塊是對中間表示Jimple進行分析，獲得源文件的信息，因此在初始化工作中，需要進行一些設置，如Jimple中間表不的行號為源代碼中行號，Jimple中間表不的變量名為源代碼中變量名。只有通過這些設置，模塊才可以獲得完整、準確的源代碼信息，對源代碼完成 DefVars or UseVars Analysis 工作。(2b)完成Soot初始化工作后，接著需要做的便是獲取需要分析的類和方法。因為DynamicSlicer4j系統(tǒng)分析目標是Java過程內(nèi)程序，因此,只需獲取類中的main方法 即可。Soot會對待分析的類和方法分別建立自己的Soot類和Soot方法，即SootClass和SootMethod,并為Soot方法建立方法體SootBody,這樣就可利用Soot各個類提供的方法進行分析，大大提高分析的效率。(2c)通過SootBody,模塊可以獲得該方法中任一語句，Jimple中間表示的Soot實例，用Unit表示。Unit保存了該語句的所有信息，模塊只需從中獲取需要的信息就可以了，即該語句的行號或該語句中的定義集合和使用集合，這樣，模塊即可實現(xiàn)DefVars orUseVars Analysis 功倉泛。(2d) Unit中的信息并非即得即用的,Unit保存的是Jimple中間表示的每一條語句，而源代碼中往往一條語句會有多條Jimple代碼，因此，如何將多條Jimple代碼獲得的信息集中到各自相應的Java源代碼，是一個需要處理的問題。還有，模塊通過調用Unit中的方法，可以輕易獲取Unit中的定義集合和使用集合，模塊需要的定義變量集合Def Vars和使用變量集合Use Vars就包含其中，如果把它們從中剝離出來，也是一個需要處理的問題。而且在處理獲得定義變量集合Def Vars和使用變量集合Use Vars時，還需要將在Jimple中間表示中產(chǎn)生的不屬于Java源代碼的臨時變量去除掉。通過步驟(2a)、(2b)、(2c)及(2d)的處理，才能獲得完整的、準確的定義變量集合Def Vars和使用變量集合Use Vars,由此完成執(zhí)行DefVars or UseVars Analysis功能。(3)對程序執(zhí)行軌跡中每個序列的每條語句的附加變量集進行分析，該附加變量集包括 DefVars 和 UseVars。該模塊對 Path Analysis 和 DefVars or UseVars Analysis兩個模塊的結果進行解析，分別獲取必須的信息，并將這些信息按結構有規(guī)律、有順序的組合在一起，形成可供中間分析的結果。(3a)路徑變量分析Variable Types Analysis模塊實現(xiàn)對程序執(zhí)行軌跡中每個序列的每條語句的附加變量集進行DefVars和UseVars處理工作。該模塊對Path Analysis和DefVars or UseVars Analysis兩個模塊的結果進行解析,分別獲取必須的信息,并將這些信息按結構有規(guī)律、有順序的組合在一起，形成可供中間分析的結果。(3b) Variable Types Analysis 模塊將 Path Analysis 和 DefVars or UseVarsAnalysis兩個模塊的結果文件讀入到內(nèi)存中，分別保存在DocDA和DocSA中，同時在內(nèi)存中生成自己的結構DocVTA ;模塊解析DocDA和DocSA，將解析的結果存 入到DocVTA中。模塊解析在思想上是并發(fā)的，Doc之間互相不干預。遍歷DocDA和DocSA中的元素，在內(nèi)存中保存各個元素的信息，DocVTA使用這些信息。但在實際執(zhí)行過程中，考慮到空間問題和效率問題，模塊是順序執(zhí)行的。模塊首先計算程序執(zhí)行序列，獲得本次執(zhí)行序號ExecutionNum，將ExecutionNum記錄到DocVTA中。通過ExecutionNum在DocDA中獲得當前執(zhí)行的類名ClassName,包括包名以及當前執(zhí)行語句所在Java源文件的行號LineNum,將獲得的ClassName與LineNum記錄到DocVTA中。通過ClassName和LineNum信息,模塊在DocSA中查找到相應兀素的信息，包括定義變量集合DefVariables，使用變量集合UseVariables，變量類型VariableType，變量名稱VariableName ;這些信息將被DocVTA使用，構建自己的結構。通過這樣的流程,一次執(zhí)行的Variable Types Analysis完成,而通過遍歷整個執(zhí)行序列，模塊對程序一次執(zhí)行的Variable Types Analysis完成。(4)控制依賴分析Control Dependence Analysis模塊是基于Soot開發(fā)的一個模塊，它對java的.class文件進行靜態(tài)分析，實現(xiàn)了對源程序中每條語句直接控制依賴結點的獲取功能。(4a)模塊首先獲取待分析的類，生成待分析類的Soot實例SootClass,再從中獲取待分析的方法，即類中的main方法，生成待分析方法的Soot實例SootMethod，并為SootMethod建立方法體SootBody,通過Soot提供的BriefUnitGraph類為方法建立控制流圖CFG。至此，模塊使用Soot對程序進行處理結束。(4b)在完成CFG流圖的建立后，接下來需要做的就是尋找控制流圖中各個結點的控制依賴關系。為了從控制流圖CFG獲取各結點的控制依賴關系，首先要建立控制流圖的后必經(jīng)樹Post Domiante Tree，再利用相應算法對后必經(jīng)樹進行處理，以此獲得后必經(jīng)樹PDT中部分結點的控制依賴于關系Control Depends,最后通過對控制依賴于關系的處理，獲得控制流圖中各個結點的控制依賴關系Control Dependence。(5)對程序執(zhí)行軌跡中每個序列的每條語句進行附加控制依賴工作。該模塊對Variable Type Analysis 和 Control Dependence Analysis 兩個模塊的結果進行解析,分別獲取必須的信息，并將這些信息按結構有規(guī)律、有順序的組合在一起，形成可供切片的最終中間結果。(5a)首先計算程序執(zhí)行序列，獲得本次執(zhí)行序號ExecutionNum，將ExecutionNum記錄到DocInterA中。通過ExecutionNum在DocVTA中獲得當前執(zhí)行的類名ClassName,包括包名以及當前執(zhí)行語句所在Java源文件的行號LineNum,將獲得的ClassName與LineNum 記錄到 DocInterA 中。(5b)通過ClassName和LineNum信息,模塊在DocVTA和DocCDA中分別查找到相應元素的信息。在DocVTA中查找定義變量集合DefVariables，使用變量集合UseVariables，變量類型VariableType，變量名稱VariableName，在DocCDA中查找控制依賴信息，這些信息將被DocInterA使用，構建自己的結構。通過這樣的流程,一次執(zhí)行的Intermediate Analysis完成。而通過遍歷整個執(zhí)行序列，模塊對程序一次執(zhí)行的Intermediate Analysis完成。該模塊去除了前面兩個模塊分析結果的冗余信息，是更高層模塊精確分析的基礎。不僅如此,Intermediate Analysis是中間信息處理的最后一步,它集合了對程序進行切片處理所需的/[目息。
(6)系統(tǒng)完成對Java過程內(nèi)程序進行動態(tài)切片的功能。該模塊對IntermediateAnalysis的結果進行解析，獲取切片必要的信息。(6a)首先,獲取Intermediate Analysis Results的一次執(zhí)行的信息,這些信息保存在一個ExecutionNum元素中，從信息中模塊可以獲得行號信息LineNum，此時模塊就可以對序號為ExecutionNum行號為LineNum的語句結點做NodeSlice。NodeSlice獲得的切片由三部分組成，分別是語句本身切片，結點直接控制依賴Control Dependence結點的切片，結點所有使用變量Use Variables的切片。(6b)語句本身很簡單，就是將語句行號加入到NodeSlice中。結點直接控制依賴Control Dependence結點的切片指結點的最近的直接控制依賴結點的切片。結點所有使用變量Use Variables的切片中在該結點出現(xiàn)的所有使用變量，它們各自切片的并集。得到三種切片后，對它們做并集處理，得到的結果即是序號為ExecutionNum行號為LineNum語句結點的NodeSlice。對于行號為LineNum的語句，若它的使用變量在其中并沒有被重定義，也就是語句執(zhí)行前后它本身并沒有發(fā)生實質性變化。因此，語句中的使用變量的切片在語句執(zhí)行前后并未發(fā)生變化。對于行號為LineNum的語句，若它的定義變量在其中被重定義，在語句執(zhí)行前后它本身發(fā)生了實質性變化。因此，語句中的定義變量的切片在語句執(zhí)行前后發(fā)生了變化。由于它的變化是由該語句引起的，因此，語句執(zhí)行后，它的切片與語句的切片NodeSlice相同。(6c)NodeSlice完成后，需要修改或添加結點中所有定義變量的切片，它們的切片與NodeSlice相同，而使用變量的切片沒有發(fā)生改變。本發(fā)明的有益效果是，該動態(tài)切片系統(tǒng)依據(jù)堆棧跟蹤進行切片的方法，首先利用調試器的信息記錄程序執(zhí)行軌跡，找出該次執(zhí)行中涉及的語句；在記錄程序執(zhí)行軌跡的同時計算程序的控制依賴關系得到程序切片，在程序切片的過程中不需要對程序進行回溯，大大提聞了算法的效率，根據(jù)控制依賴關系和變量的定義引用 目息提聞了切片的精度。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖I是本發(fā)明的Path Analysis模塊流程圖。圖2是本發(fā)明的DefVars or UseVars Analysis模塊流程圖。圖3是本發(fā)明的Variable Types Analysis模塊核心解析流程圖。圖4是本發(fā)明的Control Dependence Analysis模塊總體流程圖。
圖5是本發(fā)明的Intermediate Analysis模塊核心解析流程圖。
圖6是本發(fā)明的Slicer模塊算法流程圖。
具體實施例方式為了便于利用程序執(zhí)行軌跡對程序進行切片，我們首先對切片過程的依賴關系進行定義
定義I控制依賴如果程序中語句u和w滿足以下三個條件，那么就稱w直接控制依賴于U ;
1)從u到w之間存在一條路徑P；
2)從P上除U，w之外的每個節(jié)點V，節(jié)點w都是它的后向必經(jīng)節(jié)點；
3)節(jié)點w不是節(jié)點u的后向必經(jīng)節(jié)點。定義2控制依賴圖G (N，E)，N表示程序中語句對應的節(jié)點集合，E表示邊集，其中每條邊表示w控制依賴于U。定義3 數(shù)據(jù)依賴如果程序中，語句u對變量V進行了定義，w引用了變量V的值，并且U到W之間存在一條路徑，該路徑上沒有對V進行重新定義，那么就稱W關于變量V直接數(shù)據(jù)依賴于W。定義4數(shù)據(jù)依賴圖G (N，E)，N表示程序中語句對應的節(jié)點集合，E表示邊集，其中每條邊表示W(wǎng)直接數(shù)據(jù)依賴于U。在圖中，該基于程序執(zhí)行軌跡的動態(tài)切片系統(tǒng)的計算和設計包括如下步驟
(O系統(tǒng)獲得程序的執(zhí)行路徑信息，即Path Analysis，獲取當前執(zhí)行語句的信息。在得到當前執(zhí)行語句的信息，對這些信息進行數(shù)據(jù)依賴分析，即DefVars or UseVarsAnalysis，得到當前執(zhí)行語句的定義變量集和使用變量集。模塊核心功能是獲得待分析語句一次完整執(zhí)行的執(zhí)行序號ExecutionNum和語句行號LineNum。執(zhí)行序號比較好分析，它是從I開始，并每次加I的執(zhí)行序列，即I
23 4…η,其中η表不最后執(zhí)行的序號。每個執(zhí)行序號對應一個語句行號,表不程序第ExecutionNum執(zhí)行語句LineNum,因為分析過程內(nèi)程序,不需要考慮不同的類、不同的方法。語句行號需要從虛擬機獲取。在處理ThreadStartEvent時，即程序即將開始執(zhí)行，設置StepRequest，虛擬機開始單步執(zhí)行程序。單步執(zhí)行的效果是在每條語句執(zhí)行前，單步執(zhí)行事件StepEvent發(fā)生，執(zhí)行語句的線程被掛起，調試器獲得當前的執(zhí)行位置信息Location，通過其模塊可以獲得當前執(zhí)行的行號信息。信息獲取完成后，恢復掛起的線程。(2)對Java的.class文件進行靜態(tài)分析,實現(xiàn)了對Java源文件中每條語句中定義變量集DefVars和使用變量集UseDefs的獲取功能。(2a)首先，初始化Soot，完成Soot的初始設置工作。Soot是一種用于Java優(yōu)化的框架，它為不同的分析目的提供了四種不同的中間表示，這里需要做的是對Soot中的Jimple這一中間表示進行分析。Jimple是一種基于類型的3地址格式語句的中間表示,是一種介于Java源代碼和Java字節(jié)碼的中間表示。該模塊是對中間表示Jimple進行分析，獲得源文件的信息，因此在初始化工作中，需要進行一些設置，如Jimple中間表不的行號為源代碼中行號，Jimple中間表不的變量名為源代碼中變量名。只有通過這些設置，模塊才可以獲得完整、準確的源代碼信息，對源代碼完成 DefVars or UseVars Analysis 工作。(2b)完成Soot初始化工作后，接著需要做的便是獲取需要分析的類和方法。因為DynamicSlicer4j系統(tǒng)分析目標是Java過程內(nèi)程序，因此,只需獲取類中的main方法即可。Soot會對待分析的類和方法分別建立自己的Soot類和Soot方法，即SootClass和SootMethod,并為Soot方法建立方法體SootBody,這樣就可利用Soot各個類提供的方法進行分析，大大提高分析的效率。(2c)通過SootBody,模塊可以獲得該方法中任一語句，Jimple中間表示的Soot實例，用Unit表示。Unit保存了該語句的所有信息，模塊只需從中獲取需要的信息就可以 了，即該語句的行號或該語句中的定義集合和使用集合，這樣，模塊即可實現(xiàn)DefVars orUseVars Analysis 功倉泛。(2d) Unit中的信息并非即得即用的,Unit保存的是Jimple中間表示的每一條語句，而源代碼中往往一條語句會有多條Jimple代碼，因此，如何將多條Jimple代碼獲得的信息集中到各自相應的Java源代碼，是一個需要處理的問題。還有，模塊通過調用Unit中的方法，可以輕易獲取Unit中的定義集合和使用集合，模塊需要的定義變量集合Def Vars和使用變量集合Use Vars就包含其中，如果把它們從中剝離出來，也是一個需要處理的問題。而且在處理獲得定義變量集合Def Vars和使用變量集合Use Vars時，還需要將在Jimple中間表示中產(chǎn)生的不屬于Java源代碼的臨時變量去除掉。通過步驟(2a)、(2b)、(2c)及(2d)的處理，才能獲得完整的、準確的定義變量集合Def Vars和使用變量集合Use Vars,由此完成執(zhí)行DefVars or UseVars Analysis功能。(3)對程序執(zhí)行軌跡中每個序列的每條語句的附加變量集進行分析，該附加變量集包括 DefVars 和 UseVars。該模塊對 Path Analysis 和 DefVars or UseVars Analysis兩個模塊的結果進行解析，分別獲取必須的信息，并將這些信息按結構有規(guī)律、有順序的組合在一起，形成可供中間分析的結果。(3a)路徑變量分析Variable Types Analysis模塊實現(xiàn)對程序執(zhí)行軌跡中每個序列的每條語句的附加變量集進行DefVars和UseVars處理工作。該模塊對Path Analysis和DefVars or UseVars Analysis兩個模塊的結果進行解析,分別獲取必須的信息,并將這些信息按結構有規(guī)律、有順序的組合在一起，形成可供中間分析的結果。(3b) Variable Types Analysis 模塊將 Path Analysis 和 DefVars or UseVarsAnalysis兩個模塊的結果文件讀入到內(nèi)存中，分別保存在DocDA和DocSA中，同時在內(nèi)存中生成自己的結構DocVTA ;模塊解析DocDA和DocSA，將解析的結果存入到DocVTA中。模塊解析在思想上是并發(fā)的，Doc之間互相不干預。遍歷DocDA和DocSA中的元素，在內(nèi)存中保存各個元素的信息，DocVTA使用這些信息。但在實際執(zhí)行過程中,考慮到空間問題和效率問題，模塊是順序執(zhí)行的。模塊首先計算程序執(zhí)行序列，獲得本次執(zhí)行序號ExecutionNum，將ExecutionNum記錄到DocVTA中。通過ExecutionNum在DocDA中獲得當前執(zhí)行的類名ClassName,包括包名以及當前執(zhí)行語句所在Java源文件的行號LineNum,將獲得的ClassName與LineNum記錄到DocVTA中。通過ClassName和LineNum信息,模塊在DocSA中查找到相應兀素的信息，包括定義變量集合DefVariables，使用變量集合UseVariables，變量類型VariableType，變量名稱VariableName ;這些信息將被DocVTA使用，構建自己的結構。通過這樣的流程,一次執(zhí)行的Variable Types Analysis完成,而通過遍歷整個執(zhí)行序列，模塊對程序一次執(zhí)行的Variable Types Analysis完成。(4)控制依賴分析Control Dependence Analysis模塊是基于Soot開發(fā)的一個模塊，它對java的.class文件進行靜態(tài)分析，實現(xiàn)了對源程序中每條語句直接控制依賴結點的獲取功能。(4a)模塊首先獲取待分析的類，生成待分析類的Soot實例SootClass,再從中獲取待分析的方法，即類中的main方法，生成待分析方法的Soot實例SootMethod，并為 SootMethod建立方法體SootBody,通過Soot提供的BriefUnitGraph類為方法建立控制流圖CFG。至此，模塊使用Soot對程序進行處理結束。(4b)在完成CFG流圖的建立后，接下來需要做的就是尋找控制流圖中各個結點的控制依賴關系。為了從控制流圖CFG獲取各結點的控制依賴關系，首先要建立控制流圖的后必經(jīng)樹Post Domiante Tree，再利用相應算法對后必經(jīng)樹進行處理，以此獲得后必經(jīng)樹PDT中部分結點的控制依賴于關系Control Depends,最后通過對控制依賴于關系的處理，獲得控制流圖中各個結點的控制依賴關系Control Dependence。(5)對程序執(zhí)行軌跡中每個序列的每條語句進行附加控制依賴工作。該模塊對Variable Type Analysis 和 Control Dependence Analysis 兩個模塊的結果進行解析,分別獲取必須的信息，并將這些信息按結構有規(guī)律、有順序的組合在一起，形成可供切片的最終中間結果。(5a)首先計算程序執(zhí)行序列，獲得本次執(zhí)行序號ExecutionNum，將ExecutionNum記錄到DocInterA中。通過ExecutionNum在DocVTA中獲得當前執(zhí)行的類名ClassName,包括包名以及當前執(zhí)行語句所在Java源文件的行號LineNum,將獲得的ClassName與LineNum 記錄到 DocInterA 中。(5b)通過ClassName和LineNum信息,模塊在DocVTA和DocCDA中分別查找到相應元素的信息。在DocVTA中查找定義變量集合DefVariables，使用變量集合UseVariables，變量類型VariableType，變量名稱VariableName，在DocCDA中查找控制依賴信息，這些信息將被DocInterA使用，構建自己的結構。通過這樣的流程,一次執(zhí)行的Intermediate Analysis完成。而通過遍歷整個執(zhí)行序列，模塊對程序一次執(zhí)行的Intermediate Analysis完成。該模塊去除了前面兩個模塊分析結果的冗余信息，是更高層模塊精確分析的基礎。不僅如此,Intermediate Analysis是中間信息處理的最后一步,它集合了對程序進行切片處理所需的/[目息。系統(tǒng)完成對Java過程內(nèi)程序進行動態(tài)切片的功能。該模塊對IntermediateAnalysis的結果進行解析，獲取切片必要的信息。(6a)首先,獲取Intermediate Analysis Results的一次執(zhí)行的信息,這些信息保存在一個ExecutionNum元素中，從信息中模塊可以獲得行號信息LineNum，此時模塊就可以對序號為ExecutionNum行號為LineNum的語句結點做NodeSlice。NodeSlice獲得的切片由三部分組成，分別是語句本身切片，結點直接控制依賴Control Dependence結點的切片，結點所有使用變量Use Variables的切片。(6b)語句本身很簡單，就是將語句行號加入到NodeSlice中。結點直接控制依賴Control Dependence結點的切片指結點的最近的直接控制依賴結點的切片。結點所有使用變量Use Variables的切片中在該結點出現(xiàn)的所有使用變量，它們各自切片的并集。得到三種切片后，對它們做并集處理，得到的結果即是序號為ExecutionNum行號為LineNum語句結點的NodeSlice。對于行號為LineNum的語句，若它的使用變量在其中并沒有被重定義，也就是語句執(zhí)行前后它本身并沒有發(fā)生實質性變化。因此，語句中的使用變量的切片在語句執(zhí)行前后并未發(fā)生變化。對于行號為LineNum的語句，若它的定義變量在其中被重定義，在語句執(zhí)行前后 它本身發(fā)生了實質性變化。因此，語句中的定義變量的切片在語句執(zhí)行前后發(fā)生了變化。由于它的變化是由該語句引起的，因此，語句執(zhí)行后，它的切片與語句的切片NodeSlice相同。(6c)NodeSlice完成后，需要修改或添加結點中所有定義變量的切片，它們的切片與NodeSlice相同，而使用變量的切片沒有發(fā)生改變。
權利要求
1.基于程序執(zhí)行軌跡的動態(tài)切片系統(tǒng)，其特征是包括如下步驟 (O系統(tǒng)獲得程序的執(zhí)行路徑信息，即Path Analysis，獲取當前執(zhí)行語句的信息；在得到當前執(zhí)行語句的信息，對這些信息進行數(shù)據(jù)依賴分析，即DefVars or UseVarsAnalysis，得到當前執(zhí)行語句的定義變量集和使用變量集； (2)對Java的.class文件進行靜態(tài)分析,實現(xiàn)了對Java源文件中每條語句中定義變量集DefVars和使用變量集UseDefs的獲取功能； (3)對程序執(zhí)行軌跡中每個序列的每條語句的附加變量集進行分析，該附加變量集包括 DefVars 和 UseVars ;該模塊對 Path Analysis 和 DefVars or UseVars Analysis 兩個模塊的結果進行解析，分別獲取必須的信息，并將這些信息按結構有規(guī)律、有順序的組合在一起，形成可供中間分析的結果； (4)控制依賴分析ControlDependence Analysis模塊是基于Soot開發(fā)的一個模塊，它對java的.class文件進行靜態(tài)分析，實現(xiàn)了對源程序中每條語句直接控制依賴結點的獲取功能； (5)對程序執(zhí)行軌跡中每個序列的每條語句進行附加控制依賴工作；該模塊對Variable Type Analysis 和 Control Dependence Analysis 兩個模塊的結果進行解析,分別獲取必須的信息，并將這些信息按結構有規(guī)律、有順序的組合在一起，形成可供切片的最終中間結果； (6)系統(tǒng)完成對Java過程內(nèi)程序進行動態(tài)切片的功能；該模塊對IntermediateAnalysis的結果進行解析，獲取切片必要的信息。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于程序執(zhí)行軌跡的動態(tài)切片系統(tǒng)，其特征是所述步驟(2)中的對Java的.class文件進行靜態(tài)分析包括如下步驟 (2a)首先，初始化Soot，完成Soot的初始設置工作； (2b)完成Soot初始化工作后，接著需要做的便是獲取需要分析的類和方法； (2c)通過SootBody,模塊可以獲得該方法中任一語句,Jimp Ie中間表示的Soot實例，用Unit表示； (2d)在處理獲得定義變量集合Def Vars和使用變量集合Use Vars時，還需要將在Jimple中間表示中產(chǎn)生的不屬于Java源代碼的臨時變量去除掉。
3.根據(jù)權利要求I所述的基于程序執(zhí)行軌跡的動態(tài)切片系統(tǒng)，其特征是所述步驟(3)中的對程序執(zhí)行軌跡中每個序列的每條語句的附加變量集進行分析包括如下步驟 (3a)路徑變量分析Variable Types Analysis模塊實現(xiàn)對程序執(zhí)行軌跡中每個序列的每條語句的附加變量集進行DefVars和UseVars處理工作； (3b) Variable Types Analysis 模塊將 Path Analysis 和 DefVars or UseVarsAnalysis兩個模塊的結果文件讀入到內(nèi)存中，分別保存在DocDA和DocSA中，同時在內(nèi)存中生成自己的結構DocVTA。
4.根據(jù)權利要求I所述的基于程序執(zhí)行軌跡的動態(tài)切片系統(tǒng)，其特征是所述步驟(4)中的控制依賴分析包括如下步驟 (4a)模塊首先獲取待分析的類，生成待分析類的Soot實例SootClass，再從中獲取待分析的方法，即類中的main方法，生成待分析方法的Soot實例SootMethod，并為SootMethod建立方法體SootBody,通過Soot提供的BriefUnitGraph類為方法建立控制流圖 CFG ； (4b)在完成CFG流圖的建立后，接下來需要做的就是尋找控制流圖中各個結點的控制依賴關系。
5.根據(jù)權利要求I所述的基于程序執(zhí)行軌跡的動態(tài)切片系統(tǒng)，其特征是所述步驟(5)中的對程序執(zhí)行軌跡中每個序列的每條語句進行附加控制依賴工作包括如下步驟 (5a)首先計算程序執(zhí)行序列，獲得本次執(zhí)行序號ExecutionNum,將ExecutionNum記錄到 DocInterA 中； (5b)通過ClassName和LineNum信息，模塊在DocVTA和DocCDA中分別查找到相應兀素的信息。
6.根據(jù)權利要求I所述的基于程序執(zhí)行軌跡的動態(tài)切片系統(tǒng)，其特征是所述步驟(6)中的對Intermediate Analysis的結果進行解析包括如下步驟 (6a)首先,獲取Intermediate Analysis Results的一次執(zhí)行的信息,這些信息保存在一個ExecutionNum元素中，從信息中模塊可以獲得行號信息LineNum，此時模塊就可以對序號為ExecutionNum行號為LineNum的語句結點做NodeSlice ； (6b)將語句行號加入到NodeSlice中； (6c) NodeSlice完成后，需要修改或添加結點中所有定義變量的切片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于程序執(zhí)行軌跡的動態(tài)切片系統(tǒng)，包括系統(tǒng)獲得程序的執(zhí)行路徑信息、對Java的.class文件進行靜態(tài)分析、對程序執(zhí)行軌跡中每個序列的每條語句的附加變量集進行分析、對源程序中每條語句直接控制依賴結點的獲取、對程序執(zhí)行軌跡中每個序列的每條語句進行附加控制依賴工作及完成對Java過程內(nèi)程序進行動態(tài)切片的功能。在程序切片的過程中不需要對程序進行回溯，大大提高了算法的效率，根據(jù)控制依賴關系和變量的定義引用信息提高了切片的精度。
文檔編號G06F11/36GK102789420SQ201210256470
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月24日 優(yōu)先權日2012年7月24日
發(fā)明者姜淑娟, 張艷梅, 李威, 李海洋, 王興亞 申請人:中國礦業(yè)大學