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1、《計算機學報》2009年9期Vol.32，No.9軟件分析技術進展*資助項目：國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃973項目（No.2009CB320703)；國家自然科學基金委創(chuàng)新研究群體研究科學基金項目（No:60821003）；國家863高技術項目（No.2006AA01Z175)梅宏1王千祥1張路1王戟21.北京大學信息科學技術學院,高可信軟件教育部重點實驗室，北京1008712.國防科技大學計算機學院,并行與分布處理國防科技重點實驗室,長沙410073摘要軟件分析技術的研究已有較長歷史，相關成果也在軟件生命周期的不同階段中
2、得到了廣泛應用。軟件生命周期中不同活動所需要的軟件分析技術既不完全相同，又有許多交疊，且不同的分析技術之間互相影響。文章在討論了軟件分析的基本概念之后，主要從靜態(tài)分析與動態(tài)分析兩個方面介紹了一些主要的軟件分析技術，以及部分相關分析工具。結合軟件的質(zhì)量問題，文章還探討了一些分析技術與軟件質(zhì)量屬性的相關性，以便于人們在分析特定的軟件質(zhì)量屬性時，選取合適的技術與工具。最后，文章展望了軟件分析技術的發(fā)展趨勢。關鍵詞軟件分析，靜態(tài)分析，動態(tài)分析，軟件質(zhì)量中圖法分類號TP3011.引言軟件是一種十分特殊的人工制品：它是人類“智力活動
3、”的產(chǎn)物，是對客觀事物的虛擬反映，是知識的固化與凝練。盡管軟件迄今已有50多年的發(fā)展歷史，但目前人們對于軟件的許多認識還十分有限。例如：對于任何一個給定的軟件，我們能否完全了解它的特性？軟件分析就是一個以軟件特性為關注點的研究領域?！胺治觥?，通俗來說，是以某種方式將復雜對象分解為更小的部分，以更好地理解該對象的過程。分析技術很早就被應用于數(shù)學、邏輯等方面的研究，近代以來逐步被更多的學科（例如：化學、物理等）所大量采用。軟件作為一個新發(fā)展起來的學科，在研究過程中引入分析技術是十分自然的。目前軟件生命周期中的許多活動（分析、
4、設計、實現(xiàn)、測試、部署、維護等）都離不開分析技術。然而，軟件分析的能力是有限的：對于任何一個有一定規(guī)模的軟件，希望獲得關于它的完備描述通常是不現(xiàn)實的[18]。特別是，對于自動分析而言，許多問題是不可判定的。其中最典型的例子是停機不可判定問題：不存在一個這樣的算法，對于任意的圖靈機以及任意的輸入，可以判斷該圖靈機是否停機[64]。但從軟件分析這么多年所取得的進展可以看出，盡管軟件分析的能力有限，它仍然是軟件領域十分有用的技術：將程序從高級語言向機器語言的翻譯過程需要分析，判斷一個程序是否符合需求規(guī)約需要分析技術，想了解程序
5、是否存在安全漏洞需要分析技術，維護過程更是需要大量的分析技術，等等。本文將軟件分析定義為“對軟件進行人工或者自動分析，以驗證、確認、或發(fā)現(xiàn)軟件性質(zhì)（或者規(guī)約、約束）的過程或活動”。下面對上述定義中幾個術語進行解釋。首先是“軟件”：軟件最初主要是指程序，后來逐步擴大到文檔等其它形態(tài)軟件制品。軟件分析也從程序分析發(fā)展到了更大的范圍，例如：對文檔（含需求規(guī)約、設計文檔、代碼注釋等）的分析、對運行程序的分析，等等?！白詣印币彩呛苤匾母拍睿很浖治龅臍v史幾乎與軟件的歷史一樣長：自從有了軟件就有了軟件分析。最初的分析主要是人工進行
6、的，但人工分析往往需要花費大量的時間與精力，因此，后來人們越來越多地關注自動分析。其中，編譯技術的發(fā)展大大帶動了軟件的自動分析技術，目前的許多分析技術都可以在編譯技術中找到基本雛形。所謂“驗證”（Verification），是要回答“軟件制品是否與軟件需求規(guī)約一致”的問題，而“確認”（Validation）則要回答“軟件的特性是否符合用戶需求”的問題。在英文中，人們經(jīng)常用“Dothethingright”來解釋“驗證”，而用16《計算機學報》2009年9期Vol.32，No.9“Dotherightthing”來解釋“確
7、認”。“發(fā)現(xiàn)”（Discover）是指在沒有事先設定軟件某個性質(zhì)的前提下，通過分析發(fā)現(xiàn)軟件的某種性質(zhì)。之所以強調(diào)“性質(zhì)”，是因為分析的結果通常表示為軟件是否符合或者具有某種性質(zhì)（或者規(guī)約、約束），而這種性質(zhì)不是軟件本身自明的。在本文討論的軟件分析中，分析對象僅限于軟件制品，不涉及對軟件過程、軟件人員與軟件組織等的分析。目前與軟件分析相關的綜述性文獻中，多數(shù)只對軟件分析的一個子集進行比較深入的介紹。例如[1]集中在對源代碼分析的介紹，[2]主要介紹形式化的分析方法，[53]著重從語義的角度介紹程序分析，[54]集中在模型為
8、中心的程序分析上。本文在這些工作的基礎之上，嘗試對軟件分析涉及的主要方法進行盡可能全面的總結、分類。另外，考慮到近年來軟件質(zhì)量為人們所熱切關注，本文在介紹分析技術之外，特別關注那些與質(zhì)量相關的分析技術，并結合不同的軟件質(zhì)量屬性，探討不同的質(zhì)量屬性適合運用什么類型的分析技術。最后，文章結合軟件形態(tài)、軟件運行環(huán)境等幾個驅(qū)
