代码插桩【转载】

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• 　　代码插桩是实现覆盖测试的关键技术之一，而高效的插桩技术对于嵌入式软件的测试 来说又是至关重要的。在对CodeTeST 中插桩技术研究的基础上，以GCC 作为开发平台，应用并实现了新的插装器，采用增加一个词法语法分析器的方法，提高了插桩的效率。经过实验证明新的插装器具有代码膨胀率小，插桩速度块的优 点，在一定程度上做到了高效插桩。

代码插桩概述

• 　　在实现覆盖测试的过程中，往往需要知道某些信息，如：程序中可执行语句 被执行（即被覆盖）的情况，程序执行的路径，变量的引用、定义等。要想获取这类信息，需要跟踪被测程序的执行过程，或者是由计算机在被测程序执行的过程中 自动记录。前者需要人工进行，效率低下且枯燥乏味；后者则需要在被测程序中插入完成相应工作的代码，即代码插桩技术。如今大多数的覆盖测试工具 均采用代码插桩技术。

  　　在对普通应用的软件进行测试时，由于现在电脑的配置越来越高，电脑的运行速度越来越快，代码插桩所 引起的问题还不是很明显或者说是在可以接受的范围之内。但是对于嵌入式软件来说这却是致命的问题。因为嵌入式软件的系统资源有限（内存较小、I/O 通道较少等），过大的代码膨胀率将使得程序不能在嵌入式系统中运行；同时嵌入式软件通常具有很强的实时性，程序的输出只在有限的时间内有效，迟到的“正确 的”结果是无用的甚至会变成错误的、有害的。

  　　代码插桩技术会破坏程序的时间特性等，导致软件执行的错误。因此我们需要更高效的代码插桩技术来完成覆盖测试，尤其是嵌入式软件的覆盖测试。

代码插桩方式比较

• 　　由于程序插桩技术是在被测程序中插入探针，然后通过探针的执行来获得程序的控制流和数据流信息，以此来实现测试的目的。因此，根据探针插入的时间可以分为目标代码插桩和源代码插桩。

  　　（1）目标代码插桩的前提是对目标代码进：

  　　行必要的分析以确定需要插桩的地点和内容。由于目标代码的格式主要和操作系统相关，和具体的编程语 言及版本无关，所以得到了广泛的应用，尤其是在需要对内存进行监控的软件中。但是由于目标代码中语法、语义信息不完整，而插桩技术需要对代码词法语法的分 析有较高的要求，故在覆盖测试工具中多采用源代码插桩。

  　　（2）源代码插桩是在对源文件进行完整的：

  　　词法分析和语法分析的基础上进行的，这就保证对源文件的插桩能够达到很高的准确度和针对性。但是源代码插桩需要接触到源代码，使得工作量较大，而且随着编码语言和版本的不同需要做一定的修改。在后面我们所提到的程序插桩均指源代码插桩。

代码插桩设计

• 　　（1）插桩位置：

  　　探针的植入要做到紧凑精干，才能保证在做到收集的信息全面而无冗余，减少代码的膨胀率。因此，在确定插桩位置时，要将程序划分，基本的划分方法是基于“块”结构。

  　　按照块结构的划分，探针的植入位置有以下几种情况：

  　　a. 程序的第一条语句；b. 分支语句的开始；c. 循环语句的开始；d. 下一个入口语句之前的语句；e. 程序的结束语句；f. 分支语句的结束；g. 循环语句的结束；除此之外，根据覆盖测试要求的不同，插桩的位置除了上面所说的几种情况外，也会随着覆盖测试要求的不同有所变化。

  　　（2）插桩策略：

  　　插桩策略是解决“如何插”的问题。传统的插桩策略是在所有需要插桩的位置插入探针，在程序运行过程 收集所有可能用到得程序信息，将其写入数据库进行分析和处理。这种方法对于大型的程序来说，将会造成相当大的工作量，效率很低，且会造成很大的代码膨胀 率。而我们会根据不同的测试要求，每次插入不同的探针，采用相应的插桩策略，这样就减少了代码的膨胀率，保证了程序执行的效率。下面简单介绍几种探针的插 桩策略。

  　　语句覆盖探针（基本块探针）：在基本块的入口和出口处，分别植入相应的探针，以确定程序执行时该基本块是否被覆盖。

  　　分支覆盖探针：C/C++语言中，分支由分支点确定。对于每个分支，在其开始处植入一个相应的探针，以确定程序执行时该分支是否被覆盖。

  　　条件覆盖探针：C/C++语言中，if, swich,while, do-while, for 几种语法结构都支持条件判定，在每个条件表达式的布尔表达式处植入探针，进行变量跟踪取值，以确定其被覆盖情况。

  　　根据不同测试要求采用不用的插桩策略 ，每次在不同的位置植入相应的探针，使得每次只是植入有限的探针，这就更大大减少了代码的膨胀率和插桩的速度。