一种面向对象语言中类型分析的关系型静态语义方法

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在面向对象语言中,虚函数调用的静态解析是静态程序分析中的一个重点问题,其目的在于分析虚函数调用在运行时实际调用的函数,该问题可以通过分析函数接收者(Receiver)的类型来解决。对于现代常见的面向对象语言,例如Java,C++,C#等,大量存在的类继承关系使得类结构的复杂度迅速增长,导致该问题的现有解决算法在精确度和效率上存在不足。传统的解决算法主要有类层次分析CHA(Class Hierarchy Analysis),快速类型分析RTA(Rapid Type Analysis)和变量类型分析VTA(Variable Type Analysis)。另外,指向性分析PTA(Points-to Analysis)算法作为静态程序分析中的指针分析问题的解决方案,其结果可以导出对象的类型信息,因此也可用于静态解析虚函数调用。本文提出了一种新的名为类型流分析TFA(Type Flow Analysis)的方法用于解决虚函数调用的静态解析问题。该方法在程序语法结构基础上计算类型信息和域属性可达性(Field Access)信息,计算以纯代数形式进行,并且不需要构建抽象堆(Heap Abstraction)。本文通过理论和实验两个方面对TFA进行评估。在理论上,本文证明了在上下文无关的环境下,TFA在类型分析的精确性上与基于子集的Andersen指向性分析算法PTA具备等价性。PTA在现有类型分析算法中的精度最高,因此本文提出的TFA在精度上也优于CHA,RTA,VTA等类型分析算法。在实验评估上,本文在Soot框架上实现了TFA算法并对测试集SPECjvm2008进行了测试分析。在时间效率,TFA与效率最高的CHA算法相比接近。由于不需要构建抽象堆,TFA通常比PTA快50到110倍。另外,本文实现动态分析器(Dynamic Profiler)收集运行数据并将其作为基准数据,进一步详尽地评估TFA算法。实验结果表明了TFA在实际Java应用程序的应用中是可行且高效的。
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