软件分析课笔记——介绍

class 1 介绍

逛b站的时候，发现南京大学开设了软件分析课，和我目前学的课程有很大的重合。由于学校开的网课没有好好听，打算好好做人跟着南大的老师学一下静态分析课的内容。
ps：由于我的笔记是用Typora上写，写完再上传的，所以格式会有点问题，请见谅；并且笔记里面可能会有表述、语病等方面的问题。

严格来说，静态分析就是属于程序语言的研究领域，并且是应用部分

1. 程序语言

   • 理论部分

     （1）语言设计

     （2）类型系统

     （3）语义、逻辑等。。。。

   • 环境：就是让语言跑起来

     （1）编译器

     （2）运行系统

   • 应用：程序是否能正常运行、是否合理等的证明

     （1）程序分析

     （2）程序验证

     （3）程序合成
     
     命令式语言：C、C++、Java（就是命令计算机一步一步执行）

   函数式语言：JavaScript

   逻辑式语言：

   目前的发展：语言内核没有改变，但是程序变得越复杂和庞大。

   =>所以，如何保证程序的可靠性、安全性等。所以程序分析的使用很重要

2. 静态分析的应用

   • 程序的可靠性：eg：空指针、内存溢出的检查
   • 程序的安全性：个人信息泄漏、黑客
   • 编译优化：会将坏的程序进行优化，eg：永远不执行的程序会被删除、重复的语句进行简化
   • 程序理解：eg：IDE中调用的提示，类型指示，vscode里面点击函数就能知道它的定义位置、知道它在哪边被调用。

3. 静态分析的定义

   在运行程序P之前，分析该程序的行为和性质是否能满足

   eg：看程序是否会造成信息泄漏，是否有空指针，类型转换是否满足，指针是否指向同一个地址（临界区是否有竞争），assert是否会fail，程序块是否是死代码是否可以去掉。

=> 但是，莱斯定理说，对于递归可枚举语言（r.e语言，就是目前所有语言）的所有非平凡性质（non-trivial，所有有价值的、程序运行时的行为相关的，之前举例都是non-trivial）都是不可判定（undecidable）的

1. 静态分析的关键属于

   对于一个完美的静态分析器，是既sound又complete

   但是，根据莱斯定理是不存在的

   sound：是包含所有的错误，但是也存在误报 =>报错比实际多

   complete：是提出的所有错误都是真的错误，但是存在漏报=> 报错比实际少
   
   漏报（假阴性，是阳性但是认为阴性，阴性就是没有病），误报（假阳性，没有阳性却变成阳性）

   在静态分析中，追求sound，因为错误都包括了。

2. 实际运行中，判断：

   ​ 静态分析就是程序在运行前的判断，所以两种可能均存在。

   ​ 第一个比较准确，但是代价太大了，需要知道上下文，时间和空间消耗大；

   ​ 第二个不准确，但是代价小；

   ​ 第三个也是soundness

   ​ 第四个由于缺少0，所以不soundness。
   
   所以，静态分析的研究目的，必须保证sound的前提下，平衡速度和准确度的关系。

静态分析：抽象+过拟合（过近似）

1. 抽象

   将程序中具体的值抽象为符号（+，-，0，⊥undefined，┬unknown）

2. 过近似（over-approximate）

   • 转换函数：将程序每个语句都变成抽象值（就是规定转换规则）

   • 根据分析目标、语句的语义来定义转换函数

     转换规则：
     
     举例：

3. 控制流图

   将所有语句的执行抽象为控制流图，然后将所有变量抽象为符号，就构成了。