Статический анализ кода

Стати́ческий ана́лиз ко́да (англ. static code analysis) — анализ программного обеспечения, производимый без реального выполнения исследуемых программ (анализ, производимый с выполнением программ, называется динамический анализ кода). В большинстве случаев анализ производится над какой-либо версией исходного кода, хотя иногда анализу подвергается какой-нибудь вид объектного кода, например P-код или код на MSIL. Термин обычно применяют к анализу, производимому специальным ПО, тогда как ручной анализ называют пониманием или постижением программы.

В зависимости от используемого инструмента глубина анализа может варьироваться от определения поведения отдельных операторов до анализа, включающего весь имеющийся исходный код. Способы использования полученной в ходе анализа информации также различны — от выявления мест, возможно содержащих ошибки, до формальных методов, позволяющих математически доказать какие-либо свойства программы (например, соответствие поведения спецификации).

Некоторые люди считают программные метрики и обратное проектирование формами статического анализа.

В последнее время статический анализ всё больше используется в верификации свойств ПО, используемого в компьютерных системах высокой надёжности.

Принципы статического анализа

Большинство компиляторов (например, GNU C Compiler) выводят на экран «предупреждения» (англ. warnings) — сообщения о том, что код, будучи синтаксически правильным, скорее всего, содержит ошибку. Например:

int x;
int y = x+2;    // Переменная x не инициализирована!

Это простейший статический анализ. У компилятора есть много других немаловажных характеристик — в первую очередь скорость работы и качество машинного кода, поэтому компиляторы проверяют код лишь на очевидные ошибки. Статические анализаторы предназначены для более детального исследования кода.

Типы ошибок, обнаруживаемых статическими анализаторами

• Неопределённое поведение — неинициализированные переменные, обращение к NULL-указателям. О простейших случаях сигнализируют и компиляторы.
• Нарушение блок-схемы пользования библиотекой. Например, для каждого fopen нужен fclose. И если файловая переменная теряется раньше, чем файл закрывается, анализатор может сообщить об ошибке.
• Типичные сценарии, приводящие к недокументированному поведению. Стандартная библиотека языка Си известна большим количеством неудачных технических решений. Некоторые функции, например, gets, в принципе небезопасны. sprintf и strcpy безопасны лишь при определённых условиях.
• Переполнение буфера — когда компьютерная программа записывает данные за пределами выделенного в памяти буфера.

void doSomething(const char* x)
{
    char s[40];
    sprintf(s, "[%s]", x);    // sprintf в локальный буфер, возможно переполнение
    ....
}

• Типичные сценарии, мешающие кроссплатформенности.

Object *p = getObject();
int pNum = reinterpret_cast<int>(p);    // на x86-32 верно, на x64 часть указателя будет потеряна; нужен size_t

• Ошибки в повторяющемся коде. Многие программы исполняют несколько раз одно и то же с разными аргументами. Обычно повторяющиеся фрагменты не пишут с нуля, а размножают и исправляют.

dest.x = src.x + dx;
dest.y = src.y + dx;  // Ошибка, надо dy!

• Ошибки форматных строк — в функциях наподобие printf могут быть ошибки с несоответствием форматной строки реальному типу параметров.

std::wstring s;
printf ("s is %s", s);

• Неизменный параметр, передаваемый в функцию — признак изменившихся требований к программе. Когда-то параметр был задействован, но сейчас он уже не нужен. В таком случае программист может вообще избавиться от этого параметра — и от связанной с ним логики.

void doSomething(int n, bool flag)   // flag всегда равен true
{
   if (flag)
   {
       // какая-то логика
   } else
   {
       // код есть, но не задействован
   }
}
 
doSomething(n, true);
...
doSomething(10, true);
...
doSomething(x.size(), true);

• Прочие ошибки — многие функции из стандартных библиотек не имеют побочного эффекта, и вызов их как процедур не имеет смысла.

std::string s;
...
s.empty();     // код ничего не делает; вероятно, вы хотели s.clear()?

Инструменты статического анализа

• BLAST
• Coverity
• FindBugs [2]
• lint и lock_lint, входящие в состав Sun Studio
• MSR Tools
• Parasoft C++Test, JTest
• ReSharper
• Sonar
• SourceAnalyzer
• T-SQL Analyzer — инструмент, который может просматривать программные модули в базах данных под управлением Microsoft SQL Server 2005 или 2008 и обнаруживать потенциальные проблемы, связанные с низким качеством кода.
• АК-ВС [3]

См. также

• Формальная семантика ЯП
• Формальная верификация
• Анализ программного обеспечения
• Тестирование программного обеспечения
• Постепенная деградация
• SPARK — ЯП

Ссылки

• Скринкаст: Статический анализ Си++ кода
• О безошибочных программах
• Первые шаги к решению проблемы верификации программ
• Сертификация и тестирование программного обеспечения
• Что такое «Parallel Lint»?
• Статический анализ безопасности кода