目錄：

1. Motivation
2. 調用圖構建
3. 過程間控制流分析
4. 過程間數據流分析

重點：

學習如何利用類層級分析來構建調用圖；過程間控制流/數據流分析；過程間的常量傳播。

1.Motivation

問題：過程內的分析未考慮函數調用，導致分析不精確。

過程間分析：Inter-procedural Analysis，考慮函數調用，又稱為全程序分析（Whole Program Analysis），需要構建調用圖，加入Call edges和Return edges。

2.調用圖構建

（1）調用圖

定義：本質是調用邊的集合，從調用點（call-sites）到目標函數（target methods / callees）的邊。

示例：

5-2-1-call_graph.png

應用：是所有過程間分析（跨函數分析）的基礎，程序優化，程序理解，程序調試。

（2）面向對象語言的調用圖構造（Java）

代表性算法：從上往下精度變高，速度變慢，重點分析第1、4個算法。

• Class hierarchy analysis(CHA)
• Rapid type analysis(RTA)
• Variable type analysis(VTA)
• Pointer analysis(k-CFA)

Java調用分類：

Method Dispatch：最難的是Virtual call，其中關鍵步驟是Method Dispatch，就是找到最終調用的實際函數。

virtual call在程序運行時才能得到，基于2個要素得到：

1. reciever object的具體類型：c

2. 調用點的函數簽名：m。（通過signature可以唯一確定一個函數）

   1. signature = 函數所在的類 + 函數名 + 描述符
   2. 描述符 = 返回類型 + 參數類型

   簡記為C.foo(P, Q, R)

   
   
   5-2-2-virtual_call.png

（3）Method Dispatch（virtual call）

定義：用Dispatch(c, m)來模擬動態Method Dispatch過程，c表示reciever object，m表示函數簽名。

5-2-3-Method_Dispatch.png

解釋：若該類的非抽象方法（實際可執行的函數主體）中包含和m相同名字、傳遞/返回參數的m^‘，則直接返回；否則到c的父類中找。

示例：

5-2-4-Dispatch示例.png

（4）Class Hirarchy Analysis (CHA) 類層級分析

目的：根據每個virtual call 的 receiver varible 的聲明類型來求解所有可能調用的目標函數。如 A a = ... ; a.foo(); 這個a就是receiver varible，聲明類型就是A。假定a可以指向A以及A所有子類對象，CHA的過程就是從A和子類中去找目標函數。

算法：Resolve(cs)——利用CHA算法找到調用點所有可能的調用目標。

5-2-5-CHA算法.png

算法示例：

5-2-6-CHA算法示例.png

算法應用：

5-2-7-CHA應用.png

錯誤：以上b.foo()的調用目標 C.foo()和D.foo()是錯誤的，因為已經指定了是B類型，所以b.foo()根本不會調用C、D的foo()。因為CHA只考慮聲明類型，也就是B，導致準確度下降。多態性就是說，父類可以引用子類的對象，如B b=new C()。

優缺點：CHA優點是速度快，只考慮聲明類型，忽略數據流和控制流；缺點是準確度低。

總結：本類中有同名函數就在本類和子類找，沒有就從父類找，接著找父類的子類中的同名函數（CHA分析）。

（5）利用CHA構造調用圖

算法：遍歷每個函數中的每個調用指令，調用CHA的Resolve()找到對應的目標函數和調用邊，函數+調用邊=調用圖。

5-2-8-調用圖構造算法.png

示例：

5-2-9-調用圖算法示例.png

3.過程間控制流分析

定義：過程間控制流圖ICFG = CFG + (Call edges + Return edges)。

• Call edges：連接調用點和目標函數入口
• Return edges：從return語句連到Return site（Call site后面一條語句）

示例：

5-3-ICFG示例.png

4.過程間數據流分析

說明：對ICFG進行數據流分析，沒有標準的一套算法。

對比：

常量傳播數據流分析：

• Node transfer：與過程內分析相同，對每個調用點，將等號左邊部分去掉。
• Call edge transfer：傳參
• Return edge transfer：傳返回值

常量傳播示例：

5-4-ICFG常量傳播示例.png

說明：黃色背景邊必須有，從b = addOne(a)到c=b-3，a通過此邊傳遞，b通過addOne()傳遞。若a也通過addOne()傳遞，會額外消耗系統資源。

參考：

軟件分析筆記：3.過程分析(Interprocedural Analysis)