프로그램 분석의 구현

정적 분석 구현을 위한 도구 Java를 위한 정적 분석 틀(framework) 프로그램 분석기 생성기 Vortex Barat BANE set-constraint analyzer generator Z/Z1/Z2 Abstract interpreter generator

Barat Java 언어를 위한 전단부(front-end) 설치 Java 프로그램의 정적 분석기 구현을 지원 소스 코드 및 실행 화일 이용 가능 http://sourceforge.net/projects/barat

Barat 역할 Abstract Syntax Tree(AST) 구성 이름 분석 및 타입 분석 AST 횡단(traversal)

AST 구성 자동 AST 구성 패키지 barat.Barat Barat의 진입점 메소드 getClass()와 getInterface()는 해당 AST node를 반환한다.

예제 public class FirstExample { public static void main(String[] args) { barat.reflect.Class c = barat.Barat.getClass(args[0]); System.out.println("accessible fields of class "+ c.getName()); for(barat.collections.FieldIterator i=c.getFields().iterator(); i.hasNext();) { barat.reflect.Field f = i.next(); if(!f.isPrivate()) System.out.println("\t" + f.getType() + " "+ f.getName()); }

관련 패키지 패키지 barat.reflect 패키지 barat.collections AST의 노드 타입들을 포함하고 있다 Class, Interface, AbstractMethod, Field, Parameter, Block, ObjectAllocation 등 패키지 barat.collections AST 노드 타입 객체들을 위한 iterator들을 포함한다.

AST 노드 Type nodes Structural nodes Expression nodes Statement nodes 타입(Primitive or Reference Type)을 위한 노드 Structural nodes 사용자-정의 타입(클래스 혹은 인터페이스)의 내부 구조를 위한 노드 Expression nodes 식을 위한 노드 Statement nodes 문장을 위한 노드

interface Node public interface Node { // container and containment aspect for this node public Object container(); public String aspect(); // helper methods for traversing the container chain public Object containing(java.lang.Class ofClass); public barat.reflect.Class containingClass(); public barat.reflect.AUserType containingUserType(); public barat.reflect.AMethod containingMethod() public int line_number(); // line number for a node: public boolean hasTag(String t); // access to tags (/*:special*/ comments): public barat.collections.StringList getTags(); public void accept (Visitor v); // method that calls back a visitor object: // defining attributes and retrieving attribute values: public void addAttribute(Object key, AbstractAttribute a); public Object attributeValue(Object key); }

Type nodes

Structural nodes

Expression nodes

Statement Nodes

Name Analysis 사용된 이름의 해당 선언을 찾아 준다. 식에서 필드 이름 사용 extends에서 클래스 이름 사용 레이블 이름

Type Analysis 각 Aexression의 타입을 자동 분석 타입 분석 결과 모든 Aexpression에 대해서 메소드 type()을 호출한다.

Java 프로그램의 AST 얻기 barat.reflect.Class c = barat.Barat.getClass("java.lang.Object");

AST 순회 Visitor 패턴을 기반으로 한 AST 순회 AST 노드와 방문 코드의 분리

Visitor 패턴 Visitor는 각 노드 A에 대해서 visitA(A o)를 구현 각 노드는 accept (Visitor v) 포함

Visitor 패턴 B C Barat.reflect class A { void accept(Visitor v) { AST 노드 예> Barat.reflect class A { void accept(Visitor v) { v.visitA(this); } class B { v.visitB(this); class C { v.visitC(this); Visitor AVisitor { visitA(A x) { (x의 Child)B.accept(this); (x의 Child)C.accept(this); } visitB(B x) { … visitC(C x) { ... ① ② ③ ④

Barat이 제공하는 Visitor DescendingVisitor OutputVisitor DefaultVisitor Depth-first visitor OutputVisitor Depth-first visit Output source code DefaultVisitor 모든 visit 메소드를 빈 메소드로 구현 일부 AST 노드만을 방문할 때 유용

DescendingVisitor 예: visitClass( ) public void visitClass (Class o) { for (ConstructorIterator i=o.getConstructors().iterator();i.hasNext();) { i.next().accept (this); } for (FieldIterator i = o.getFields().iterator(); i.hasNext();) { for(ConcreteMethodIteratori=o.getConcreteMethods().iterator();i.hasNext();) {

Visitor 만들기 방문 노드 XXX에서 하고자 하는 일을 visitXXX()에서 재정의한다. 예: java.lang.System.out 접근 빈도 조사 public class MyVisitor extends barat.DescendingVisitor { public int result = 0; public void visitStaticFieldAccess (StaticFieldAccess o) { Field f = o.getField(); if (f.qualifiedName().equals ("java.lang.System.out")) result++; super.visitStaticFieldAccess (o); }

Visitor 사용 barat.reflect.Class c = barat.Barat.getClass("example.MyClass"); MyVisitor v = new MyVisitor(); c.accept (v); System.out.println ("Result: " + v.result);

Attribute 사용 각 노드에 데이터 저장 및 검색 가능 Attribute 객체 저장 n.addAttribute(k, a) where k is a key attributeValue(k) Attribute 객체 저장 두 종류의 Attribute 객체 제공 ConstantAttribute CachedAttribute

ConstantAttribute 객체 o를 저장 저장된 객체 o를 반환 n.addAttribute(k, new ConstantAttribute(o)); 저장된 객체 o를 반환 n.attributeValue(k);

CachedAttribute calculate() 메소드에 의해 계산된 값을 저장 계산된 값이 있으면 사용하고 없으면 값 계산 c.addAttribute(key, new CachedAttribute() { protected Object calculate() { … return result; } )

Barat 이용 사례 1 정적 분석 2 단계로 구성 예외 분석(Uncaught exception analysis) 각 메쏘드의 처리되지 않는 예외들을 분석한다. 2 단계로 구성 집합 관계식(set-constraint) 구성 예외 관련 노드들에 대해서 집합 관계식 해답 구하기(solving) Repeat-until no change

Barat 이용 사례 2 프로그램 변환을 이용한 실행 정보 제공 event 발생 및 처리 과정 추적 exception 발생 및 처리 과정 추적 thread 생성 및 진행 과정 추적

프로그램 변환 + Barat Java Program P Java Program P’ AST Java Program P’ Transformer Java Program P Java Program P’ AST Java Program P’ Input Output + Trace정보 Profile정보 실행 정보

예외 발생 및 처리

숙제 #3 Java 프로그램의 각 클래스에 대해서 다음을 프린트한다. 클래스 이름 필드 변수 생성자 헤더 메소드 헤더 부모 클래스 구현한 인터페이스들의 집합