Abstrakce dynamických datových struktur s využitím šablon

Abstract

Cieľom tejto práce je návrh analýzy tvaru haldy vhodnej pre potreby analyzátora 2LS. 2LS je nástroj pre analýzu C programov založený na automatickom odvodzovaní invariantov s použitím SMT solvera. Navrhované riešenie obsahuje spôsob reprezentácie tvaru programovej haldy pomocou logických formulí nad teóriou bitových vektorov. Tie sú následne využité v SMT solveri pre predikátovú logiku prvého rádu na odvodenie invariantov cyklov a súhrnov jednotlivých funkcií analyzovaného programu. Náš prístup je založený na ukazateľových prístupových cestách, ktoré vyjadrujú dosiahnuteľnosť objektov na halde z ukazateľových premenných. Informácie získané z analýzy môžu byť využité na dokázanie rôznych vlastností programu súvisiacich s prácou s dynamickýcmi dátovými štruktúrami. Riešenie bolo implementované v rámci nástroja 2LS. S jeho použitím došlo k výraznému zlepšeniu schopnosti 2LS analyzovať programy pracujúce s ukazateľmi a dynamickými dátovými štruktúrami. Toto je demonštrované na sade experimentov prevzatých zo známej medzinárodnej súťaže vo verifikácii programov SV-COMP a iných experimentoch.The goal of this work is to propose a shape analysis suitable for the context of the 2LS analyser. 2LS is a program analysis framework for C programs which is based on automatic invariant inference using an SMT solver. The proposed solution includes a way how the shape of a program heap can be described using logical formulae over bit-vectors and how a first-order SMT solver can be used to infer loop invariants and function summaries for each function of the analysed program. Our approach is based on pointer access paths that describe the shape of the heap by expressing the reachability of heap objects from pointer-typed program variables. The information obtained from the analysis can be used to prove various properties of programs manipulating dynamic data structures, mainly linked lists. The solution has been implemented in the 2LS framework and it brought a significant improvement in terms of the capabilities of 2LS in analysing heap-manipulating programs. This is demonstrated on benchmarks taken from the well-known International Competition on Software Verification (SV-COMP) as well as other benchmarks.