对Python控制流图(Control Flow Graph)-(CFG)的一些探索

对Python控制流图(Control Flow Graph)-(CFG)的一些探索

粗浅的了解

1.定义

控制流图(Control Flow Graph, CFG)也叫控制流程图,是一个过程或程序的抽象表现,是用在编译器中的一个抽象数据结构,由编译器在内部维护,代表了一个程序执行过程中会遍历到的所有路径。它用图的形式表示一个过程内所有基本块执行的可能流向, 也能反映一个过程的实时执行过程。
Frances E. Allen于1970年提出控制流图的概念。此后,控制流图成为了编译器优化和静态分析的重要工具。

控制流图的几种结构:

对Python控制流图(Control Flow Graph)-(CFG)的一些探索_第1张图片

2.特点

  • 控制流程图是过程导向的
  • 控制流程图显示了程序执行过程中可以遍历的所有路径
  • 控制流程图是一个有向图
  • CFG 中的边描述控制流路径,节点描述基本块
  • 每个控制流图都存在2个指定的块:Entry Block(输入块),Exit Block(输出块)

3.实例

例1:

if  A = 10 then
  if B > C
     A = B
  else A = C 
  endif
  endif
print A, B, C 

其控制流图为:

对Python控制流图(Control Flow Graph)-(CFG)的一些探索_第2张图片

例2:计算整数X和整数Y的最大公约数

int gsd(int x,int y)
{
	int q=x;
	int r=y;
	while(q!=r)
	{
		if (q>r)
			q=q-r;
		else 
			r=r-q;
	}
	return q;
}

对Python控制流图(Control Flow Graph)-(CFG)的一些探索_第3张图片

4.控制依赖性(Control dependencies)

控制依赖讲的是:在某种情况下,一个程序指令的执行依赖于前面指令的执行(在前面某个指令执行后才会执行)。

下面从一个例子来说明控制依赖性:

S1:   if x > 2 then
S2:       y = 3   

上面我们可以看出:只有在S1语句x > 2时,才会执行S2语句,也就是说S2的执行受S1语句的控制(影响),那么我们就称S1与S2具有控制依赖性。

5.数据依赖性(Data dependencies):

数据依赖产生于两个访问或修改相同资源的语句。

同样从例子来说明数据依赖性:

1       x = 10
2       y = x + c

从上面我们可以知道:x 值的变化会引起 y 值得变化,那么我们就称 y 依赖于 x,y 与具有数据依赖性。

开源的控制流生成器

如下列举了几款搜索到的控制流图生成器,一些是专门用来生成控制流的,一些是作为一个模块嵌套的并可以取出来单独用到的。

pycfg

https://github.com/vrthra/pycfg

staticfg

https://github.com/coetaur0/staticfg

CFG-Generator

https://github.com/Tiankai-Jiang/CFG-Generator

pyt

https://github.com/python-security/pyt

py2cfg

https://gitlab.com/classroomcode/py2cfg

以上这些是针对Python抽象语法树来生成控制流的。

pytype

https://github.com/google/pytype

python-control-flow

https://github.com/rocky/python-control-flow

以上这些是针对Python字节码来生成控制流的。

参考文献

https://blog.csdn.net/qq_42052733/article/details/115923993

https://blog.csdn.net/weixin_64871537/article/details/123415427

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