目录:
- Motivation
- 调用图构建
- 过程间控制流分析
- 过程间数据流分析
重点:
学习如何利用类层级分析来构建调用图;过程间控制流/数据流分析;过程间的常量传播。
1.Motivation
问题:过程内的分析未考虑函数调用,导致分析不精确。
过程间分析:Inter-procedural Analysis,考虑函数调用,又称为全程序分析(Whole Program Analysis),需要构建调用图,加入Call edges和Return edges。
2.调用图构建
(1)调用图
定义:本质是调用边的集合,从调用点(call-sites)到目标函数(target methods / callees)的边。
示例:
应用:是所有过程间分析(跨函数分析)的基础,程序优化,程序理解,程序调试。
(2)面向对象语言的调用图构造(Java)
代表性算法:从上往下精度变高,速度变慢,重点分析第1、4个算法。
- Class hierarchy analysis(CHA)
- Rapid type analysis(RTA)
- Variable type analysis(VTA)
- Pointer analysis(k-CFA)
Java调用分类:
Static call | Special call | Virtual call | |
---|---|---|---|
指令 | invokestatic | invokespecial | invokeinterface、 invokevirtual |
Receiver objects(返回后赋值的目标对象) | × | ✓ | ✓ |
目标函数 | Static函数 | 构造函数、 私有函数、父类的实例函数 | 其他实例函数 |
目标函数个数 | 1 | 1 | ≥1 (polymorphism多态性) |
何时确定 | 编译时 | 编译时 | 运行时 |
Method Dispatch:最难的是Virtual call,其中关键步骤是Method Dispatch,就是找到最终调用的实际函数。
virtual call在程序运行时才能得到,基于2个要素得到:
-
reciever object的具体类型:c
-
调用点的函数签名:m。(通过signature可以唯一确定一个函数)
- signature = 函数所在的类 + 函数名 + 描述符
- 描述符 = 返回类型 + 参数类型
简记为C.foo(P, Q, R)
5-2-2-virtual_call.png
(3)Method Dispatch(virtual call)
定义:用Dispatch(c, m)来模拟动态Method Dispatch过程,c表示reciever object,m表示函数签名。
5-2-3-Method_Dispatch.png解释:若该类的非抽象方法(实际可执行的函数主体)中包含和m相同名字、传递/返回参数的m‘,则直接返回;否则到c的父类中找。
示例:
(4)Class Hirarchy Analysis (CHA) 类层级分析
目的:根据每个virtual call 的 receiver varible 的声明类型来求解所有可能调用的目标函数。如 A a = ... ;
a.foo();
这个a就是receiver varible,声明类型就是A。假定a可以指向A以及A所有子类对象,CHA的过程就是从A和子类中去找目标函数。
算法:Resolve(cs)——利用CHA算法找到调用点所有可能的调用目标。
算法示例:
算法应用:
错误:以上b.foo()的调用目标 C.foo()和D.foo()是错误的,因为已经指定了是B类型,所以b.foo()根本不会调用C、D的foo()。因为CHA只考虑声明类型,也就是B,导致准确度下降。多态性就是说,父类可以引用子类的对象,如B b=new C()
。
优缺点:CHA优点是速度快,只考虑声明类型,忽略数据流和控制流;缺点是准确度低。
总结:本类中有同名函数就在本类和子类找,没有就从父类找,接着找父类的子类中的同名函数(CHA分析)。
(5)利用CHA构造调用图
算法:遍历每个函数中的每个调用指令,调用CHA的Resolve()找到对应的目标函数和调用边,函数+调用边=调用图。
示例:
3.过程间控制流分析
定义:过程间控制流图ICFG = CFG + (Call edges + Return edges)。
- Call edges:连接调用点和目标函数入口
- Return edges:从return语句连到Return site(Call site后面一条语句)
示例:
4.过程间数据流分析
说明:对ICFG进行数据流分析,没有标准的一套算法。
对比:
Intraprocedural | Interprocecdural | |
---|---|---|
程序表示 | CFG | ICFG = CFGs + call & return edges |
转换规则 | Node transfer | Node transfer + edge transfer |
常量传播数据流分析:
- Node transfer:与过程内分析相同,对每个调用点,将等号左边部分去掉。
- Call edge transfer:传参
- Return edge transfer:传返回值
常量传播示例:
说明:黄色背景边必须有,从b = addOne(a)
到c=b-3
,a通过此边传递,b通过addOne()传递。若a也通过addOne()传递,会额外消耗系统资源。
网友评论