29、符号执行与测试用例生成技术解析

符号执行与测试用例生成技术解析

1. 符号执行概述

符号执行是一种诞生于20世纪70年代的程序验证技术。它介于非正式和正式的验证方法之间。非正式方法是开发者创建测试用例，将输入值提供给应用程序，运行后将测试结果与预期结果进行正确性比对；而正式方法则是用规范语言描述应用程序，再通过证明过程来证明程序按预期执行。非正式方法需要实际执行应用程序，正式方法甚至可以在系统原型存在之前应用。

符号执行的出现填补了这两种技术之间的空白。它主要用于探索应用程序可能的执行路径，与使用样本输入值的非正式测试不同，符号执行的输入是代表一类值的符号。例如，若应用程序期望一个数值，会传入一个代表所有数值集合的通用符号 x ，执行的输出将是输入符号的函数。

由于符号执行是对未定义的值进行的，所覆盖的控制路径需要在运行时通过启发式方法或人工来定义。特别是条件结构的符号执行很关键，当评估一个符号条件时，结果可能为真、假或无法判定。若为真或假，能明确应遵循的控制路径；若无法明确判定条件分支，则程序的符号执行会分裂为两条路径。每个可能的程序控制路径都对应着执行过程中决策积累的条件合取，定义控制路径的条件集合称为路径条件。

2. 测试用例生成

符号执行可生成测试用例，其主要目标是分析程序的控制结构并发现其中的错误。通过找到描述控制路径的方程的解，可提取用作测试用例的值，这些值会迫使应用程序遵循定义该路径条件的控制路径。

符号执行主要用于白盒测试，但也可从抽象规范（如状态机）开始应用相同技术。符号化搜索状态空间有助于应对状态空间爆炸问题，因为它通过关联输入类来减少可能的路径数量。

3. 符号执行技术详解