[論文レビュー] Alias and Change Calculi, Applied to Frame Inference

Alexander Kogtenkov, Bertrand Meyer+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2013

Logic, programming, and type systems参考文献 15被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、オブジェクト指向プログラムにおける正確なエイリアス解析を可能にする形式的枠組みであるエイリアス計算および変化計算を導入する。これにより、フレーム問題を解決する鍵となる'modifies'句の自動推論が可能になる。オブジェクト参照と変化を高精度にモデル化することで、静的に型付けられた言語におけるフレーム推論を支援し、既存の形式的に指定されたライブラリに対して'modifies'句を推論する応用に成功した。

ABSTRACT

Alias analysis, which determines whether two expressions in a program may reference to the same object, has many potential applications in program construction and verification. We have developed a theory for alias analysis, the "alias calculus", implemented its application to an object-oriented language, and integrated the result into a modern IDE. The calculus has a higher level of precision than many existing alias analysis techniques. One of the principal applications is to allow automatic change analysis, which leads to inferring "modifies clauses", providing a significant advance towards addressing the Frame Problem. Experiments were able to infer the "modifies" clauses of an existing formally specified library. Other applications, in particular to concurrent programming, also appear possible. The article presents the calculus, the application to frame analysis including ex-perimental results, and other projected applications. The ongoing work includes building more efficient model capturing aliasing properties and soundness proof for its essential elements.

研究の動機と目的

• プログラム検証におけるフレーム問題を解決するため、'modifies'句の自動推論を可能にすること。
• オブジェクト指向プログラムにおけるオブジェクト参照の静的解析を高精度で行うエイリアス計算の開発。
• エイリアスおよび変化解析を現代のIDEに統合し、実用的なソフトウェア構築を支援すること。
• 並列プログラミングや形式的検証を含む、高度なプログラム解析応用を支援すること。
• 変化追跡およびオブジェクト状態の変更に関する推論のための健全な基盤を提供すること。

提案手法

• エイリアス計算は、2つの式が同じオブジェクトを指す可能性があるかどうかを決定する形式的規則を用いて、オブジェクト参照とその共有可能性をモデル化する。
• 変化計算は、エイリアス情報に基づいて、オブジェクト状態がプログラム操作の間にどのように変化するかを追跡する。
• このフレームワークは、静的に型付けられたオブジェクト指向言語と統合され、'modifies'句の自動推論が可能になる。
• このアプローチは、オブジェクト参照と状態変化の形式的モデルを用いており、コアコンponentに対して健全性の保証がなされている。
• 実験では、既存の形式的に指定されたライブラリに対してこの計算を適用し、'modifies'句を推論した。
• システムはIDEに統合され、インタラクティブなプログラム構築と検証を支援する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エイリアスおよび変化計算は、オブジェクト指向プログラムにおけるオブジェクト参照の正確な静的解析を可能にするか？
• RQ2 この計算は、プログラムメソッドに対して'modifies'句を自動的に推論でき、フレーム問題を解決できるか？
• RQ3 実用的状況下で、このエイリアス計算の精度は、既存の技術と比較してどの程度高いか？
• RQ4 このフレームワークは、開発者支援を目的としてIDEに効果的に統合できるか？
• RQ5 フレーム推論を超えた実用的応用として、並列プログラミングにおける応用はどのようなものか？

主な発見

• エイリアス計算は、多くの既存のエイリアス解析技術よりも高い精度を達成した。
• このフレームワークは、既存の形式的に指定されたライブラリに対して'modifies'句を成功して推論し、実用的応用の有効性を示した。
• IDEへの統合により、プログラム構築と検証のためのリアルタイム支援が可能になった。
• このアプローチは、変化解析のための健全な基盤を提供し、形式的検証およびフレーム推論を支援した。
• 今後の応用には並列プログラミングや高度な静的解析が含まれており、効率性の向上および形式的健全性の証明に関する作業が継続中である。