第4讲-软件静态分析
软件测试中的静态与动态分析
软件测试中的静态与动态分析对于软件质量保障，测试是一个关键环节。
软件测试需要深入了解软件的特性和功能，以确保软件在不同环境下的正常运行。
在软件测试中，静态与动态分析是两种常用的测试方法，它们在不同层面上提供了全面的测试覆盖。
本文将介绍软件测试中的静态与动态分析，并分析它们的优点和适用场景。
一、静态分析静态分析是一种不需要运行软件的测试方法，它主要关注代码和文档品质。
静态分析主要包括代码审查和文档审查两种方式。
代码审查是通过对软件代码进行逐行检查，寻找代码中的潜在错误和缺陷。
代码审查可以在开发过程中进行，也可以在软件发布之前进行。
通过代码审查，可以发现代码中的语法错误、逻辑错误、安全漏洞等问题，同时也可以提出改进代码结构和代码风格的建议。
代码审查可以由其他开发人员或专业的代码审查工具进行，以确保代码的质量和可维护性。
文档审查是对软件相关文档（如需求文档、设计文档、测试计划等）进行检查，以确保文档的准确性和完整性。
文档审查可以帮助发现文档中的错误、遗漏和不一致之处，避免由于不清晰或不准确的文档而引发的问题。
通过文档审查，团队成员可以更好地理解软件需求和设计，并提供改进的建议和意见。
静态分析的优点在于能够在开发早期发现问题，提高代码和文档的质量。
它可以有效地发现潜在错误和缺陷，减少后期的调试和修改工作。
此外，静态分析还可以帮助团队成员之间进行知识分享和经验传承，提高团队整体的软件开发水平。
二、动态分析动态分析是一种需要运行软件的测试方法，它通过观察和分析软件在运行时的行为来评估软件的性能和可靠性。
动态分析主要包括功能测试、性能测试和安全测试。
功能测试是测试软件是否按照需求规定的功能进行正常运行。
它通过输入不同的测试用例，观察软件的输出是否符合预期，检查系统是否存在功能缺陷。
功能测试可以通过手动测试和自动化测试来进行，以提高测试效率和覆盖率。
性能测试是测试软件在不同负载下的性能表现。
它可以评估软件的响应时间、吞吐量、并发性能等指标，以检查软件在高压力下是否能正常运行。
软件测试中的静态分析与漏洞技术研究
软件测试中的静态分析与漏洞技术研究在软件开发领域中，测试是一个至关重要的环节。
软件测试旨在发现并修复软件中的缺陷和漏洞，确保软件的质量和可靠性。
除了传统的动态测试方法之外，静态分析与漏洞技术也是软件测试中重要的研究方向。
本文将探讨软件测试中的静态分析与漏洞技术，并介绍其原理和应用。
一、静态分析的概念和原理静态分析是指在不运行软件的情况下，通过对源代码、字节码或二进制文件的分析来评估和发现软件中的缺陷和漏洞。
与动态测试相比，静态分析能够提前发现潜在的问题，并且在开发过程中可以频繁地使用，以降低后期修复问题的成本。
静态分析的原理主要包括以下几个方面：1. 语法分析：对软件源代码进行词法分析和语法分析，以确定代码是否符合语法规范，是否存在语法错误。
2. 数据流分析：通过对程序的数据流和控制流进行分析，检测潜在的错误路径和数据依赖关系，发现可能的缺陷和漏洞。
3. 符号执行：通过对程序的输入和约束条件进行符号化表达，以推导出对程序逻辑的全面分析和测试。
4. 模型检测：将软件系统建模为状态转换系统，通过检查系统的状态转换图来发现潜在的错误和安全漏洞。
静态分析技术可以应用于不同层次和不同规模的软件，包括源代码级、字节码级和二进制代码级。
通过静态分析，可以发现包括空指针引用、数组越界、资源泄露、并发访问冲突等常见的软件缺陷和漏洞。
二、漏洞技术的概念和分类漏洞技术是指通过对软件进行深入分析，并利用软件中的缺陷和漏洞来实现某种攻击手段或获取未授权的访问权限。
漏洞技术是黑客攻击的重要手段之一，对软件安全造成了严重的威胁。
漏洞技术按照攻击的方式和目标可以分为以下几类：1. 缓冲区溢出：通过向软件输入超出预留内存区域的数据，覆盖或修改栈、堆等关键数据结构，从而执行恶意代码或者获取超级用户权限。
2. SQL注入：通过在软件的用户输入中插入恶意的SQL语句，从而绕过认证机制，访问和修改数据库。
3. 跨站脚本攻击（XSS）：通过向Web应用程序中的用户输入中插入恶意的脚本代码，从而窃取用户敏感信息或篡改网页内容。
解析软件测试中的静态分析
解析软件测试中的静态分析在软件开发过程中，软件测试是一个关键的环节，用于确保软件的可靠性和质量。
而在软件测试中，静态分析是一种常用的测试方法。
本文将对软件测试中的静态分析进行深入解析。
一、什么是静态分析静态分析是一种基于程序代码的测试方法，它通过分析软件代码的结构、语法和语义等方面，来检查代码中可能存在的潜在问题。
与动态分析相对而言，静态分析不需要运行程序，而是直接对代码进行检查和分析。
静态分析可以帮助开发人员在代码编写阶段就发现并纠正潜在的问题，提高软件的质量和稳定性。
二、静态分析的优势1. 提早发现问题：静态分析可以在代码编写之初就对代码进行检查，发现潜在问题，帮助开发人员及时修复，避免问题在后续阶段扩大化。
2. 提高代码质量：通过静态分析，可以对代码的结构、规范性、安全性等进行全面检查，从而提高代码的质量和可维护性。
3. 提高开发效率：静态分析可以自动化进行，不需要人工进行执行，可以节省大量的时间和人力成本。
4. 帮助代码规范化：静态分析可以根据一定的规则和标准对代码进行检查，帮助开发人员遵循统一的编码规范。
三、静态分析的方法和技术静态分析的方法和技术有很多种，常用的包括以下几种。
1. 语法检查：对代码的语法进行检查，确保代码的语法正确性。
2. 代码复杂度分析：对代码的结构和复杂度进行分析，发现可能存在的风险和问题。
3. 代码规范检查：根据一定的编码规范，对代码进行检查，确保代码的规范性和可读性。
4. 安全漏洞检查：根据已知的安全漏洞库，对代码进行检查，发现可能存在的安全问题。
5. 代码质量评估：通过一些评估指标，对代码的质量进行评估，指导开发人员进行改进。
四、静态分析的应用场景静态分析可以在软件开发的不同阶段进行应用，包括以下几个方面。
1. 代码编写阶段：在代码编写过程中，开发人员可以使用静态分析工具，及时发现并修复代码中的问题，确保代码的质量。
2. 代码审查阶段：在代码评审过程中，静态分析可以作为辅助工具，帮助评审人员发现代码中的问题，提高评审效率。
软件安全技术——代码静态分析
代码动态构建和执行一个SQL 查询，查找与给定名称匹配的 item。查询限定只有当当前用 户名与item的所有者名称匹配 时，才向当前用户显示item。
4.2.1 建模
指针别名歧义
➢指针别名分析是另一个问题数据流问题。别名分析的目的是要了解哪些指针可能 是指向相同的内存位置。
例： 只有当指针p1和p2不指向内存的相同位置时，编译器才会记录下面两个声明： *p1 = 1; *p2 = 2;
arr_idx := LBRACKET expr RBRACKET
4.2.1 建模
抽象语法
➢ 解析树无法完成复杂的分析，因为在解析工程中，经常会对语法进行等价的转换，这样会给语 法引入一些多余的成分，对后续阶段造成不利影响，甚至会使各阶段变得混乱。因此，很多编 译器（包括GJC）经常要独立地构造解析树，为前、后端建立一个清晰的接口。这时就需要使 用抽象语法树（AST）。上例中的语法树如下：
如果第1行的Map不包括一个名为“bob” 的人，那么在第5行询问 person 的名字 时就会出现 null 指针异常。
4.1.2 静态分析技术
安全审查
➢以安全为中心的静态分析； ➢现代安全分析工具往往更像是一种属性检查程序和bug查找程序的混合体，许多
安全属性能被简洁的表达为程序属性，对于一个属性检查程序来说，搜索潜在的 缓冲区溢出漏洞可以当做是检查这样的程序属性：“程序不会访问被分配内存的 边界之外的地址”。 ➢安全分析工具采纳了这样一种观念，即开发人员往往会继续再使用相同的不安全 的方法来解决问题，这可说成是一种不安全的惯例。
本节安排
➢静态分析的概念 ➢静态分析技术 ➢代码静态分析工具的引入
4.1 静态分析
4
软件测试中的静态分析与代码检查
软件测试中的静态分析与代码检查软件测试是确保软件质量的关键步骤之一，在测试过程中，静态分析与代码检查发挥着重要的作用。
本文将介绍静态分析与代码检查的概念、目的和常见方法，并探讨它们在软件测试中的重要性。
静态分析是通过分析源代码或其他软件构件而不运行程序来发现软件中的潜在问题的过程。
代码检查是一种静态分析的方法，通过人工或自动化工具对源代码进行检查，以寻找可能的错误和违规。
静态分析和代码检查的共同目标是提高软件的质量、可靠性和安全性。
静态分析和代码检查在软件测试中具有多重作用。
静态分析和代码检查可以帮助发现潜在的编程错误和逻辑问题。
通过检查源代码，可以发现一些隐藏而难以察觉的错误，如变量初始化问题、未使用的变量或参数、数组越界等。
这些问题在运行时可能导致程序崩溃或产生不正确的结果，在测试阶段及早发现并修复这些问题可以极大地降低软件的错误率。
静态分析和代码检查可以帮助提高代码的可维护性和可读性。
过于复杂的代码结构和不规范的编码习惯会给维护者带来困难。
通过静态分析和代码检查，可以发现存在的问题，并提供修复建议，使代码易于理解和维护。
静态分析和代码检查还可以帮助发现潜在的安全漏洞和性能问题。
通过检查源代码，可以发现潜在的安全漏洞，如缓冲区溢出、拒绝服务攻击等。
同时，静态分析和代码检查也可以检测出潜在的性能问题，如低效的算法、多余的计算等。
通过在测试阶段解决这些问题，可以避免在实际运行中遇到安全漏洞和性能问题。
在软件测试中，静态分析和代码检查可以采用不同的方法。
一种常见的方法是使用静态分析工具和代码检查工具。
这些工具可以自动检查源代码，并生成报告，指出潜在的问题和错误。
通过结合人工审查和自动化工具，可以提高检测的准确性和效率。
另一种方法是通过代码审查和同行评审来进行静态分析和代码检查。
代码审查是一种团队合作的方法，开发人员对代码进行审查，发现问题并提出改进建议。
同行评审则是请其他开发人员对代码进行评审，以寻找潜在的问题和错误。
静态分析技术在软件安全检测中的应用
静态分析技术在软件安全检测中的应用一、静态分析技术概述静态分析技术是一种在不执行程序代码的情况下，通过分析源代码或二进制文件来评估软件安全性的方法。
这种技术可以揭示潜在的安全漏洞、编程错误和代码质量问题，从而在软件开发的早期阶段就识别和修复这些问题。
静态分析技术的应用，对于提升软件的安全性和可靠性具有重要意义。
1.1 静态分析技术的核心特性静态分析技术的核心特性主要体现在以下几个方面：- 自动化：静态分析工具可以自动化执行，无需人工干预，从而节省时间和资源。
- 覆盖面广：静态分析可以覆盖代码的各个方面，包括语法、逻辑和安全等。
- 无需运行环境：静态分析不需要程序运行，因此不受运行环境的限制。
- 可重复性：静态分析的结果具有高度的可重复性，可以保证分析的一致性。
1.2 静态分析技术的应用场景静态分析技术的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 代码审查：在软件开发过程中，静态分析技术可以辅助开发人员进行代码审查，发现潜在的问题。
- 安全审计：静态分析技术可以用于安全审计，帮助安全专家识别软件中的安全漏洞。
- 质量保证：静态分析技术可以作为质量保证的一部分，确保软件的代码质量。
- 教育和培训：静态分析技术也可以用于教育和培训，帮助学生和新员工学习编程规范和安全最佳实践。
二、静态分析技术的实现原理静态分析技术的实现原理涉及多个层面，包括语法分析、数据流分析、控制流分析等。
2.1 语法分析语法分析是静态分析的第一步，它通过解析源代码来构建抽象语法树（AST）。
AST是源代码的树状表示，它捕获了代码的结构和语法规则。
2.2 数据流分析数据流分析是一种分析程序中数据流动的技术。
它可以帮助识别变量的来源和去向，以及它们如何影响程序的行为。
数据流分析对于发现潜在的数据泄露和不安全的数据处理模式至关重要。
2.3 控制流分析控制流分析关注程序的执行路径，它分析程序中各个语句的执行顺序。
通过控制流分析，可以识别潜在的逻辑错误和不安全的控制路径。
软件系统静态结构分析与设计
数据库优化
通过优化数据库设计、索引、查询语句等提 高数据库性能和可维护性。
系统部署优化
通过优化系统部署环境、服务器配置等提高 系统性能和可维护性。
05
CATALOGUE
软件系统开发实践
开发流程与项目管理
需求分析
明确软件系统的功能需求、性能需求 和用户界面需求，确保开发过程中各 项任务与需求一致。
实践经验与教训总结
重视需求分析 合理选择技术栈
重视代码质量 加强团队协作
在开发过程中，要不断与用户沟通，确保对需求理解准确，避 免后期出现大量返工。
根据项目实际情况选择合适的技术栈，既要考虑技术先进性， 也要考虑团队的技术储备和项目的实际需求。
编写高质量的代码，遵循最佳实践，提高代码的可读性、可维 护性和可扩展性。
定义模块之间的输入输出参数和数据结构，确保模块 之间的正确通信和数据交换。
模块实现
根据模块的功能需求，编写相应的代码实现模块功能 。
接口设计
接口定义
明确接口的名称、参数、返回值和异常处理等。
接口实现
根据接口定义，编写相应的代码实现接口功能。
接口测试
对接口进行测试，确保接口的正确性和稳定性。
数据结构设计
模块化分析
确定软件系统的功能模块
01
根据需求分析，将软件系统划分为若干个功能模块，每个模块
完成特定的功能。
模块间的关系分析
02
确定模块间的调用关系、数据传递方式以及通信协议。
模块内结构分析
03
对每个模块进行内部结构分析，包括算法、数据结构、流程等
。
层次结构分析
确定层次结构
软件测试中的静态分析技术
软件测试中的静态分析技术随着软件的开发日益复杂化，软件质量的保证变得至关重要。
而软件测试则是确保软件质量的核心环节之一。
在软件测试中，静态分析技术是一种非常重要且有效的方法，它能够帮助测试人员在编译和执行代码之前发现潜在的问题和缺陷。
静态分析技术是一种通过对源代码进行分析来发现软件中潜在问题的方法。
它与动态测试相比，不需要执行程序，而是通过静态分析器对源代码进行静态扫描，以找出代码中的缺陷和潜在问题。
这些问题可能包括编码错误、安全漏洞、性能问题等。
静态分析技术通过对源代码进行静态扫描，可以在开发的早期阶段就发现潜在问题，从而减少软件测试阶段的重复工作和开发成本。
它可以帮助测试人员识别代码中的逻辑错误、内存泄漏、空指针引用等常见问题，并提供相应的修复建议。
在软件开发过程中，静态分析技术可以起到早期预警的作用，帮助开发人员减少代码写作中的错误，并减少代码的维护成本。
静态分析技术还可以帮助测试人员发现潜在的安全漏洞。
在当今的数字化时代，软件安全问题已成为一个严峻的挑战。
通过使用静态分析工具，测试人员可以检测源代码中的安全问题，如密码硬编码、SQL注入、跨站脚本攻击等。
这样一来，测试人员可以在软件发布之前修复这些安全漏洞，防止黑客攻击和用户隐私泄露的风险。
除了上述问题，静态分析技术还可以帮助测试人员发现性能问题。
在软件开发的过程中，性能问题往往是非常棘手的。
而通过使用静态分析技术，测试人员可以识别潜在的性能瓶颈，并提供相应的优化建议。
例如，对于大规模的数据处理软件，静态分析工具可以帮助测试人员找到计算复杂度高的代码段，并提供相关的优化建议，从而提高软件的性能和响应速度。
当然，静态分析技术也有一些限制和局限性。
它无法完全替代动态测试。
尽管在早期发现问题方面，静态分析技术具有优势，但它无法模拟软件的实际运行环境。
因此，动态测试仍然是必需的，以验证软件在实际运行时的行为。
静态分析技术的准确性也存在一定的挑战。
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4 Variables were declared but never used
5 UR data flow anomalies found 6 Recursion in procedure calls found 7 DU data flow anomalies found 8 DD data flow anomalies found 9 Defined parameter has possible clear path
张虹
2011/4/29
软件测试技术—第4讲—软件静态分析
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3. 编码规则检查
编程规则检查流程
• 例如：使用Testbed
定义编码规则 培训软件 编程人员 编程
cpen.dat cpppen.dat asmpen.dat
Testbed 自动检查
creport.dat cppreport.dat asmreport.dat
软件测试技术—第4讲—软件静态分析
5
软件静态分析的主要内容
1.
2. 3. 4. 5.
数据流分析
控制流分析
编码规则检查
接口分析
软件度量分析
张虹
2011/4/29
软件测试技术—第4讲—软件静态分析
6
1. 数据流分析
用数据流图来分析数据处理的异常现象（数 据异常），这些异常包括初始化、赋值、或 引用数据等的序列的异常。
(D) Overlapping loops
张虹
2011/4/29
软件测试技术—第4讲—软件静态分析
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(C) Loop with multiple entry points
(E) Parallel loops
张虹
2011/4/29
软件测试技术—第4讲—软件静态分析
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结构化编程验证过程
如果程序是完全结构化的，则控制流图可简化 为最后一个节点。
数据流反常
• UR
» 未定义就引用； » 真实错误（genuine error). 1 void proc () 2 { 3 int x,y,z,t; 4 x = 1; 5 if (y > 0) 6 x = 2; 7 /* end if */ 8 z = x + 1; 9 } 10
• DU
» 定义后未引用； » 可疑错误（suspicious error)
if I=0 then go to label: end if;
--------------------------------------------------------------------236 237 START 238 239 FINISH 240 } z = 5 ; z = 9 ; l6 : z = 10 ; 0 UNREACHABLE ***** 0 UNREACHABLE ***** 1 1 1
14
控制流分析
结构化编程验证；
不可达代码检查。
张虹
2011/4/29
软件测试技术—第4讲—软件静态分析
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结构化编程验证(SPV)
如果使用不当，C语言某些结构很容易引起错误 或缺陷：
• CASE语句；
» SWICH，CASE，DEFAULT，BREAK
• IF-THEN语句；
• FOR循环结构；
V(G) = 10 - 8 + 2 =4 EV(G)=4 Knots=0
张虹
2011/4/29
软件测试技术—第4讲—软件静态分析
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不可达代码
如果从程序起始没有任何 路径到达指定代码行，代 码将被标为不可达。
• 通常由于使用goto语句； • 或调用子程序不能返回。
FINISH 235 goto l6 ; 2
3 Actual parameter is also global to procedure.
10 Globals used inside procedure. The procedure uses some global variables. 11 Parameters do not match expected actions 12 Referenced parameter has possible clear path. 13 Global accessed in procedure matches local parameter. 14 Assignment made to value parameter.
编码规则报告
张虹
2011/4/29
软件测试技术—第4讲—软件静态分析
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编码规则检查
cpen.dat编码规则文件
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 1 0 1 0 1 500 1 50 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 6 1 0 1 0 1 0 1 S Procedure name reused. 2 S Label name reused. MISRA/DERA 12 3 S More than *** executable reformatted lines in file. 4 S Procedure exceeds *** reformatted lines. 5 S Empty then clause. DERA 141 6 S Procedure pointer declared. 7 S Jump out of procedure. 8 S Empty else clause. 9 S Assignment operator in expression. MISRA/DERA 33, 35, 40, 46 10 S Not used 11 S No brackets to loop body (added by Testbed). MISRA/DERA 59 12 S No brackets to then/else (added by Testbed). MISRA/DERA 59 13 S goto detected. MISRA/DERA 56 14 S Procedural parameter declared. DERA 149 15 S Anonymous field to structure. MISRA/DERA 108, 113 16 S Multiple labels declared. 17 S Code insert found. MISRA/DERA 3 18 S More than *** parameters in procedure. 19 S Procedural para used in an uncalled procedure. 20 S Parameter not declared explicitly. 21 S Number of parameters does not match. MISRA/DERA 78 软件测试技术—第4讲—软件静态分析
12
23 Function has parameter side effects
24 Procedure definition has no associated prototype
张虹
2011/4/29
软件测试技术—第4讲—软件静态分析
2. 控制流分析
使用控制流图系统地检查程序的控制结构。 按照结构化程序规则和程序结构的基本要求进行 程序结构检查。 控制流图描述了程序元素和它们的执行顺序 之间的联系。一个程序元素通常是一个条件、一 个简单的语句，或者一块语句（多个连续语句） 。
15 Unused procedural parameter.
16 Identical actual parameters in call.
张虹
2011/4/29
软件测试技术—第4讲—软件静态分析
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数据流标准反常-2
17 Identifier exceeds *** significant chars 18 Identifier name reused 19 Procedure called before being defined 20 Variable used before being declared 21 Procedure defined in inner block 22 Function has global variable side effects
• 基本圈复杂度(Essential Cyclomatic Complexity) »通过结构化流程简化后，最终圈复杂度； »完全结构化程序，基本圈复杂度值为1。
张虹
2011/4/29
软件测试技术—第4讲—软件静态分析
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结构化编程验证过程
G
18 Edges
G’
10 Edges 8 Nodes
14 Nodes V(G) = 18 - 14 + 2 = 6 2 Proper subgraphs EV(G) = 6 - 2 = 4 Knots=0
张虹
2011/4/29
软件测试技术—第4讲—软件静分析
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控制流图
if (state_1.eof==0 && status.eof==1) { status.eof=0; k=1; } else { status.eof=1; k=0; }
1
2
3
4
if then else
张虹
2011/4/29
软件测试技术—第4讲—软件静态分析
如：x = y + 10