Abstract Heap Relations for a Compositional Shape Analysis. (Abstractions Relationnelles de la Mémoire pour une Analyse Compositionnelle de Structures de Données)

Les analyses statiques ont pour but d’inferer des proprietes semantiques de programmes. Nous distinguons deux importantes classes d’analyses statiques : les analyses d’etats et les analyses relationnelles. Alors que les analyses d’etats calculent une sur-approximation de l’ensemble des etats atteignables d’un programme, les analyses relationnelles calculent des proprietes fonctionnelles entre les etats d’entree et les etats de sortie d’un programme. Les analyses relationnelles offrent plusieurs avantages, comme leur capacite a inferer des proprietes semantiques plus expressives par rapport aux analyses d’etats. De plus, elles offrent egalement la possibilite de rendre l’analyse compositionnelle, en utilisant les relations entree-sortie comme des resumes de procedures, ce qui est un avantage pour le passage a l’echelle. Dans le cas des programmes numeriques, plusieurs analyses ont ete proposees qui utilisent des domaines abstraits numeriques relationnels, pour decrire des relations. D’un autre cote, modeliser des abstractions de relations entre les etats memoires entree-sortie tout en prenant en compte les structures de donnees est difficile. Dans cette These, nous proposons un ensemble de nouveaux connecteurs logiques, reposant sur la logique de separation, pour decrire de telles relations. Ces connecteurs peuvent exprimer qu’une certaine partie de la memoire est inchangee, fraichement allouee, ou desallouee, ou que seulement une seule partie de la memoire est modifiee (et de quelle maniere). En utilisant ces connecteurs, nous construisons un domaine abstrait relationnel et nous concevons une analyse statique compositionnelle par interpretation abstraite qui sur-approxime des relations entre des etats memoires contenant des structures de donnees inductives. Nous avons implemente ces contributions sous la forme d’un plug-in de l’analyseur FRAMA-C. Nous en avons evalue l’impact sur l’analyse de petits programmes ecrits en C manipulant des listes chainees et des arbres binaires, mais egalement sur l’analyse d’un programme plus consequent qui consiste en une partie du code source d’Emacs. Nos resultats experimentaux montrent que notre approche permet d’inferer des proprietes semantiques plus expressives d’un point de vue logique que des analyses d’etats. Elle se revele aussi beaucoup plus rapide sur des programmes avec un nombre consequent d’appels de fonctions sans pour autant perdre en precision.