第37卷第5期计算机科学Vol.37No.5一种；叶俊民谢茜金聪李明张振方(华中师范大学计算机科学；摘要提出了一种用模型检验技术对程序进行分析的方法；价的Kripke结构,用CTL公式描述待验证的源；ResearchonaFront2endTool；AbstractAmodelproposed.T；下面描述具体步骤；2.1将C/C++源代码转换成控制流图的等
第37卷　第5期计算机科学Vol.37No.5一种基于模型检验程序分析技术的前端工具研究
叶俊民　谢　茜　金　聪　李　明　张振方(华中师范大学计算机科学系　武汉430079)
摘　要　提出了一种用模型检验技术对程序进行分析的方法,其主要思想是将C/C++源代码转换为与控制流图等
价的Kripke结构,用CTL公式描述待验证的源程序性质,使用NuSMV模型检验工具实施具体的程序分析。基于这一思想,设计并实现了一个自动将C/C++源代码转换为NuSMV输入的工具。所做的实验验证表明,该方法能够有效地对程序进行分析。关键词　模型检验,程序分析,自动NuSMV输入工具中图法分类号　TP311　　　文献标识码　A　
ResearchonaFront2endToolforProgramYEJun2min　XEIQian　JINCong　LIG(DepartmentofComputerScience430079,China)
Abstract　Amodelproposed.ThemainstepsincludetranslatingC/C++sourcecodethattocontrolflowgraph,describingpropertiesofsourcecodeinCTLformulaandtheusingmodelcheckerNuSMV.Basedonthisidea,atoolwhichisusedtoautomatical2lytranslateC/+sourcecodeintoNuSMVinputwasdesignedandimplemented.Theexperimentsshowthatthisapproachisabletoanalyzetheprogrameffectively.Keywords　Modelchecking,Programanalysis,AutomaticNuSMVinputtool　
下面描述具体步骤。
2.1　将C/C++源代码转换成控制流图的等价Kripke结构2.1.1　从源代码生成具有XML结构的AST
(1)分析GCC生成的中间形式的AST
在GCC(v4.3.2)中,使用编译参数2fdump2original2origi2nal(g++),可以生成后缀名为original的抽象语法树AST中间文件。首先分析original文件格式,得到如图1所示的AST中间文件结点实例。
@1function_decl
name:@2　mngl:@3srcp:sample.c:4
type:@4args:@5
目前,已经有学者提出了将模型检验技术应用到程序分析中以发现程序故障的思想[1,2]。我们在此基础上研究了基于模型检验思想的程序分析技术[5],其核心思想是结合
NuSMV工具,通过遍历待检测系统模型的状态空间来测试
该模型是否满足给定的性质。这一过程涉及对待检验系统进行形式化建模,使用时序逻辑公式描述期望的性质。本文将在文献[5]的基础上,研究基于模型检验程序分析技术的一种前端输入工具的实现。
　　　　　　extern　　　body:@6
2　研究基础
在标记图、标记树、性质树、抽象语法树(AST)、控制流程图、Kripke结构及其流程图和查询语言等概念[5]的基础上提出的基于模型检验技术进行程序分析的原理是,首先用GCC分析源代码生成的AST中间文件,并将该中间文件转化为一种基于XML表示的AST;从XML形式的AST中导出
CFG;使用标记函数对AST和CFG进行标记,得到与控制流
图1　GCC的AST中间文件结点
(2)定义用于AST表示的XML框架
为了将中间形式的AST转换为XML格式,定义了表示
AST的XMLschema,具体如图2所示。
〈xs:elementname=“node”〉
〈xs:complexType〉
〈xs:attributename=“id”type=“xs:ID”use=“required”/〉〈xs:attributename=“isInCfg”type=“xs:bool”use=“re2
quired”/〉
图等价的Kripke结构。其次,用CTL公式描述程序应该满足的性质。最后,将有限状态模型和CTL公式描述的程序性质转化为NuSMV的输入并实现对程序的分析。
〈xs:sequence〉
〈xs:elementname=“type”type=“xs:string”
到稿日期:　返修日期:　　本文受武汉大学计算机软件工程国家重点实验室开放基金项目(编号:SKLSE),湖北省自然科学基金(编号:2008CDB349),华中师范大学校基金(编号:2009A12),华中师范大学中央高校基本科研业务费项目(编号:CC2
NU09Y01009和CCNU09Y01013)资助。
叶俊民(1965-),男,博士,教授,主要研究兴趣是软件工程、高可信软件故障诊断,E2mail:jmye@mail.。
minOccurs=“0”maxOccurs=“1”/〉
〈xs:elementname=”label”type=”xs:string”
minOccurs=“0”maxOccurs=“unbounded”/〉
〈xs:elementname=“attr”type=“xs:attr”
minOccurs=“0”maxOccurs=“unbounded”/〉
〈/xs:sequence〉〈/xs:complexType〉〈/xs:element〉
〈xs:elementname=“edge”〉〈xs:complexType〉
〈xs:attributename=“id”type=“xs:ID”use=“optional”/〉〈xs:attributename=“from”type=“xs:IDREF”use=“re2
quired”/〉
〈xs:attributename=“to”type=“xs:IDREF”use=“required”/〉〈xs:attributename=“fromorder“type=“xs:string”use=“op2
tional”/〉
〈xs:attributename=“isdirected”type=“xs:bool”use=“option2
〈xs:attributename=“isInCfg”type=“xs:bool”use=“re2
quired”/〉〈xs:sequence〉
〈xs:elementname=“type”type=“xs:string”
minOccurs=”=“1”根据规则,基于XML形式的AST生成算法如图3所示。
　　算法功能:生成基于XML形式的AST
输入:源代码
输出:基于自定义的XML结构的AST
调用GCC处理源代码文件,生成GCC的AST中间文件;
forGCC的AST中间文件的每一项记录doBegin
　1)如果是索引值,按照Rule1进行处理;
　2)如果是记录与其它记录相关的项,按照Rule2进行处理;　3)如果是记录中与其它记录不相关的项,按照Rule2进行处理;
保存处理后的内容至文件;
3　AST中间文件中的记录,。设GCC的AST中N个,则此算法的时间复杂度为O(N)。
2.1.2　通过XML形式的AST生成CFG
〈xs:elementname==”0”=“unbound2ed”/〈/xs:sequence〉〈/xs:complexType〉〈/xs:element〉
〈xs:elementname=“attr”〉〈xs:complexTypename=“xs:attr”〉
〈xs:attributename=“id”type=“xs:IDREF”use=“optional”/〉〈xs:attributename=“name”type=“xs:NMTOKEN”use=
“requried”/〉
〈xs:attributename=“kind”type=“xs:NMTOKEN”use=“op2
tional”/〉
控制流程图存储的是从XML形式的AST中抽出的与控制流和数据流相关的结点和边。因此,从XML形式的AST到控制流程图的转换算法可以简化为两步:(1)识别与控制流和数据流相关的结点;(2)标记被识别的结点为CFG结点。相关算法如图4所示。
　　算法功能:生成CFG
输入:基于XML的AST输出:标识所有CFG结点
　　初始化CFG结点性质的集合P;　　forAST中的每一个结点nodedo　　　　Begin
　　　　　ifnode的结点类型∈Pthen设置node的isInCfg属
性为”true”
〈xs:sequence〉
〈xs:elementname=”type”type=”xs:string”
minOccurs=“0”maxOccurs=”1”/〉
〈xs:elementname=“attr”type=“xs:attr”
minOccurs=“0”maxOccurs=“unbound2ed”/〉
〈/xs:sequence〉〈/xs:complexType〉〈/xs:element〉
图2　AST的XMLSchema
图4　CFG的生成算法
(3)生成XML形式的AST
现在定义生成XML形式的AST转换规则如下:
Rule1　如果是记录索引值,则每遇到一条新记录就建立一个新的node元素与之对应。其中,node元素的id属性记录索引值,node元素中的isCFG属性记录此结点是否是CFG结点,type子元素纪录此结点的语句类型,label子元素记录在此结点上成立的谓词。
Rule2　如果记录与其他记录有程序分析相关的项,则建立edge元素。其中,edge元素中的from性质记录边的起始结点索引,to性质记录目的结点的索引。
Rule3　如果记录中存在与其他记录不相关的项,则这些项由attr元素记录,作为node的子元素。
因为生成CFG文件的算法操作针对的是AST中的结点,所以其算法复杂度只与AST中结点的个数有关。设AST有N个结点,那么此算法的时间复杂度为O(N)。2.1.3　获得CFG的等价Kripke结构通过2.1.1节和2.1.2节得到的结点集合L和结点间的迁移关系集合E,可得到满足Kripke结构的控制流程图的另外3个元素,即原子命题集合AP、在结点上标记表达式类型的标记函数μL和在结点上标记是否满足的原子命题集合的标记函数μE。
为了表述待分析的程序性质,定义如表1所列的原子命题。
表1　原子命题
原子命题DeclxassignedxUsedx
含义声明变量x变量x赋值变量x的使用
mallocxFreexreferencedxdereferencedx
End指针x分配内存指针x释放内存声明引用x对指针x解引用
序模型和待分析的程序性质到NuSMV工具输入的转换规则。NuSMV工具的输入称为NuSMV输入,具体如下:给定一个C/C++程序f,本文将相应的Kripke结构CFG(Lf,Ef,APf,μf)转换成一个NuSMV模型,NuSMV
f=(varf,Δf,Deff,CTLf)。其中,在NuSMV中,varf是
标记函数μL可将识别如图1所示的结点类型的工作与生成AST结点的工作同时进行。标记函数μE标记是否满足原子命题集合有两步:(1)对每一个原子命题,查询所有满足此原子命题的结点;(2)在查询到的结点上标记此原子命题。
本文将用到的所有满足原子命题结点的查询表达式的定义如表2所列。
表2　查询表达式
DeclxAssignedx
Δf={(l,Succ(l))|l∈Lf,一个L上的枚举变量,l∈Lf。
)∈Ef}l};Deff={define(p)={l|μfSucc(l)={l′|(l,l′
(l)=p,l∈Σf};CTLf是CTL性质符合NuSMV语Lf}|p∈
法的语句集合。
Rule4　若li∈Lf,假设li的结点id是i,且1≤i≤n,则在NuSMV程序中定义varf为一个NuSMV的枚举变量。该枚举
变量的名字为location,其取值范围是{loc1,loc2,loc3,…,locn}。
Rule5　若(li,lm1),(li,lm2),…,(li,lmj)&Ef,则转换为NuSMVcase语句中的一部分,用location=loci:{locm1,locm2,…,,其含义为从loci
查询表达式
↓3Var_decl[x]
↓3Modif[Var_decl[x][attr=“lhs”]]∪Init[Var_
decl[x][attr=“lhs”]]↓3(Plus∪Minus∪Mult∪Postinc∪Preinc∪Post2
)[Var_decl[x]]∪↓3Modify[Vardec∪Predec∪…
_decl[x][attr=“rhs”]]↓3Modify[Var_decl[x][attr=“lhs”]([malloc][attr=”rhs”]]↓3Call[Var_decl[x∪][attr=][x]]
到1,locm2,…,中标记了此命题的位i1,,lp:
=location{loci,loci2,…,
}p,存在loci1,loci2,…,locin位置满足该原子命题。
MallocxFrreexReferencedxDereferencedx
Rule7　将CTL公式中的符号转换为NuSMV公式中的
对应符号。
为了实现上述相关过程,其核心就是将C/C++源代码自动转换为NuSMV输入。下面将论述这一过程。
3.1　NuSMV前端输入工具F2N的结构
CFG进行标记,然后将其转化为等价的
Kripke结构的算法,如图5所示。
　　算法功能:将CFG转化为等价Kripke结构
输入:抽象语法树AST,控制流程图CFG,原子命题集合AP输出:标记了原子命题的CFG,即CFG的等价Kripke结构
Begin　for每一个原子命题集合中分原子命题pdo　　begin
　　　while(AST中结点没有处理完)do　　　查询满足p的结点　　　if(node(CFG)then在node上标记p;　　　else　　　begin　　　　AST上回溯node的祖先nodeP,直到nodeP∈CFG;　　　　在nodeP上标记p;　　　end　　endwhileendend
图6为设计的F2N工具结构图。其中从Input层到接口层已由文献[5]实现;从接口层到Output层为本工具的主要实现目标。其中,枚举变量提取模块实现CFG中的Lf转换成NuSMV模型中的varf的过程;迁移关系提取模块实现CFG中的Ef转换成NuSMV模型中的Δf的过程;原子命题提取模块确定待检测的程序性质的原子命题p在CFG中标记的位置,并将其转换为NuSMV公式中的对应符号。
图5　将CFG转化为等价Kripke结构的算法
2.2　用CTL公式描述待检测的程序性质
本文定义的待分析的程序性质包括:(1)不存在未初始化
图6　F2N工具结构图
变量;(2)内存分配和释放配对;(3)不存在野指针;(4)不存在变量未使用。待分析的程序性质如表3所列。
表3　所有CTL公式描述的性质
不存在未初始化变量内存分配和释放配对不存在变量未使用AG(declx→A(?usedxUassignedx))
AG(mallocx→AFfreex)AG(declx→AFusedx)AG(freexAFdereferencedx)
3.2　工具所用数据结构设计
F2N工具定义了描述Kripke结构的CFG图,Node类的
对象结点的数据结构如下:
publicclassNode{
　　　privateS　　　privateList〈String〉　　　privateS
3　NuSMV前端输入工具的实现
为了使用NuSMV工具,本文采用文献[4]中设计的从程
上述数据结构表示中,no用于唯一标识Kripke结构
CFG中的Lf。若li∈Lf,li的结点id是i,则该结点的no
在数值上等于i。info用于标识对应的li中包含的原子命题
p,且p∈APf。next用于标识与结点li存在迁移关系的结点。
4intmain()5{
6　char3a;7　char3b;8
9　a=(char3)malloc(203sizeof(char));10b=(char3)malloc(203sizeof(char));11strcpy(a,&Hello,world.\n&);12printf(&%s&,a);13free(a);
14printf(&%c&,3a);15}
若li,lj∈Lf,li的结点id是i;lj的结点id是j,如果li,lj存
在迁移,相对li结点的Node中的next在数值上等于j。此外,设计时用到的其他数据结构包括用于记录NuSMV输入的枚举变量集合location(n)、用于记录结点迁移关系集合case(n)、用于记录ctl.txt文件中所有原子命题内容的集合ctl(n)以及标记每个原子命题p在CFG图中的位置的集合define(n)。
3.3　主要算法
NuSMV前端输入实现算法如图7所示。算法功能:实现NuSMV前端的输入输入:cfg.txt文件和ctl.txt文件输出:NuSMV工具的前端输入文件
Step1　初始化NuSMV的location(n),case(n),ctl(n)和define(n)集
图8　实验用程序sample.c
由GCC生成的AST中间文件如图9所示。
;;Functionintmain()(main);;enabledby2@4@5
2:type:@4name:@8name:@9srcp:sample.c:6algn:32
used:1size:@36sign:signed
algn:8min:@37
13vars:@5expr:@7algn:8type:@10
scpe:@11size:@12body:@6
Step2　扫描cfg.txt文件
　for对cfg.txt文件中每一个Node结点do　begin
　　if(Node.no不存在于location中)then将此Node.nocation中;
Step3　标识location　for对locationloc(i)do　begin
　while(Node.no=i)do获取i结点的　　　if(Node.next!=null)
　　　then将此Node.next加入到该结点的case(i)中;　　　else该结点的case(i)=1;//表示结束　end
Step4　扫描ctl.txt文件,通过正则表达式获取所有变量的原子命
integer_type
name:@35prec:8max:@38
图9　部分GCC的AST中间文件
依据图1所生成的基于XML的AST部分结果如图10所示。
〈?xmlversion=&1.0&?〉〈ast〉
〈nodeid=&1&isInCFG=&false&〉
〈typename=&statement_list&/〉
〈edgefrom=&1&to=&2&isInCFG=&false&〉〈typename=&state2
ment&/〉〈/edge〉
题,将其存入到集合ctl(n)中;
Step5　标识每个原子命题在CFG中的位置;
　for集合ctl(n)中每个原子命题ctl(i)do　begin
　　　for每一个Node结点do
　　　中包含了原子命题ctl(i))
　　　then将Node.no加入到该原子命题对应的define(i)集合中;　　　else该结点的define(i)=0;//表示该原子命题没出现;
〈edgefrom=&1&to=&3&isInCFG=&false&〉〈typename=&state2
图7　NuSMV前端输入实现算法
ment&/〉〈/edge〉
〈nodeid=&6&isInCFG=&false&〉
〈typename=&statement_list&/〉
〈edgefrom=&6&to=&13&isInCFG=&false&〉〈typename=&state2
ment&/〉〈/edge〉
本生成算法是针对cfg.txt文件和ctl.txt文件进行的操作,其算法复杂度与cfg.txt文件的中记录的条数和ctl.txt文件中原子命题的个数有关。本文cfg.txt文件中记录的条数在数值上等于CFG图中的Ef,即边的个数。假设记录的条数为N,原子命题的个数为M,那么此算法的时间复杂度为O(N(M+2))。
〈edgefrom=&6&to=&20&isInCFG=&false&〉〈typename=&state2
ment&/〉〈/edge〉
4　实例分析
本文使用的例子程序如图8所示。
　　1#include〈stdio.h〉
2#include〈stdlib.h〉3#include〈string.h〉
……〈/node〉
图10　基于XML的AST部分结果
有了基于XML的AST,就可以从该AST中识别出CFG
结点,可视结果如图11所示。
运行“生成NuSMV文件”或点击“NuSMV”按钮后,可以将以上3个过程提取的内容合并成NuSMV输入,运行后结果如图15和图16所示。
图11　识别出的CFG结点
依据第3节介绍的将Kripke结构CFG图转换为文本格
式的cfg.txt文件中的内容,结合定义的CFG图中结点的数据结构表示,将图9中的Kripke结构CFG图转换为图12。
initstate:5no32333
infodecl_adecl_b
assigned_a,malloc_aassigned_b,malloc_bused_aused_afree_aindirect_a
E图12　转换后的cfg.txt　:{loc5,loc58,loc28,loc29,loc30,loc31,loc32,loc33,loc3};
init(location):=loc5;
结合C/C++,
不存在未初始化变量内存分配和释放配对不存在变量未使用不存在野指针
AG(decla→A(?usedaUassigneda))AG(decla→A(?usedbUassignedb))
AG(malloca→AFfreea)
AG(mallocb→AFfreeb)AG(decla→AFuseda)AG(declb→AFusedb)AG(freea→?AFdereferenceda)AG
(free→?AFdereferenced)
　next(location):=
　　location=loc5:{loc58};　　……
　　location=loc33:{loc3);　　1　　:
　decl_a:=locationin{loc5};　used_a:=locationin{loc30,loc31};　malloc_a:=locationin{loc28};　free_a:=locationin{loc32};　indirect_a:=locationin{loc33};　……
SPECAG(decl_a-&A[!used_aUassigned_a])SPECAG(decl_b-&A[!used_bUassigned_b])
中第2列的CTL公式单独提出,生成文本格式的
ctl.txt文件。
依照第3节定义的转换规则,结合NuSMV输入实现算法,设计了NuSMV前端输入工具,如图13所示。
图16　转换后的NuSMV前端输入
运行上面的NuSMV程序得到的程序性质分析结论如图
17所示。实验表明这个程序有3个错误:1)内存分配和释放不配对;2)存在变量未使用;3)存在使用野指针。
22specificationAG(decl_a-&A[!used_aUassigned_a])istrue22specificationAG(decl_b-&A[!used_bUassigned_b])istrue22specificationAG(malloc_a-&AFfree_a)istrue22specificationAG(malloc_b-&AFfree_b)isfalse
NuSMV前端输入工具
22specificationAG(decl_a-&AFused_a)istrue22specificationAG(decl_b-&AFused_b)isfalse22specificationAG(free_a-&!(AFindirect_a))isfalse22specificationAG(free_b-&!(AFindirect_b))istrue
图17　NuSMV检测例子程序的所有性质的结果
结束语　本文介绍了基于模型检验进行软件分析的方法,
图14　提取功能运行结果
分别运行3个提取功能过程后的结果如图14所示。
并将其应用于实际程序,验证了方法的正确性。本方法的输
(下转第174页)　　　
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智能家居中的安全防范系统本科毕业设计论文分解.doc 81页
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毕业设计(论文)智能家居中的安全防范系统设计院（系）名称 电气工程学院
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error LNK1181: 无法打开输入文件“opencv_ml2410d.lib”怎么解决
在vs2013下配置opencv2.4.10，配置好后一直报错error LNK1181: 无法打开输入文件“opencv_ml2410d.lib”，我确定在附加依赖项里有这个文件。
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检查一下：
1、你的操作系统是64位？
2、按32位配置的？
3、看你是Win32调试版，有可能是配置不对。
如果是按照64位配置的，就把vc里的平台由W32改为x64
debug模式使用带d的lib库，release使用不带d或带r的lib库
然后配置好lib的路径
解决了，，，lib路径没配置好！（撒了。。。。
其他相似问题在安装软件时遇到不能打开要写入的文件时如何解决
作者：佚名
字体：[ ] 来源：互联网 时间：01-13 09:34:20
在安装软件时偶尔会出现不能打开要写入的文件，导致软件无法完成安装，面对此问题，很多朋友都束手无策，不知道如何解决，经分析导致该问题的主要原因可能是软件问题或者系统问题
　　电脑在安装软件时偶尔会出现不能打开要写入的文件，导致软件无法完成安装，错误提示一般为不能打开要写入的文件某某软件要求放弃，您可以选择&重新尝试写入或重试&，但不管选择哪像，软件依然无法完成安装，遇到该问题，很多朋友都束手无策，不知道如何解决。经过笔者研究发现，导致该问题的主要原因可能是软件问题或者系统问题，您可以尝试以下方法解决：
　　一：首先排除病毒干扰
　　使用最新版本杀毒软件对电脑进行全盘扫描，检查是否存在病毒破坏文件与系统的情况，一般该问题可能是病毒，如果未发现病毒，进行如下操作：
　　二：检查下载的软件是否完整
　　如果您下载的软件不全，或者经过他人修改，导致部分文件丢失，也将出现安装失败，建议大家重新去官网下载所需软件重新安装，另外如果电脑软件以前就旧版本，则可能是受保护了，建议卸载该软件的旧版本，再安装即可。
　　三：检查软件所在文件夹管理员是否有写入权限：方法是找到需要安装的软件文件夹，右键选择属性，然后在安全选项下，查看管理员账户是否有写入权限。
　　四：部分用户反馈，某些城程序安装到C盘会提示不能打开要写入的文件错误，但安装在其他盘则可正常。应该大家也可以尝试一下。
　　五：当确认软件没问题，并且以上问题基本排除，那么则可能是电脑系统问题，建议您系统还原或者重新安装系统。
　　不能打开要写入的文件错误，其实生活中也很少见到，当遇到该问题，不妨参考下以上一些解决办法，希望对大家有所帮助，如果您还有疑问或者希望帮忙补充，欢迎联系我们。
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