利用正確的靜態(tài)分析實(shí)現(xiàn)應(yīng)用

一般來(lái)說(shuō)，最佳實(shí)踐是平臺(tái)中立的——這就是為什么它們被稱(chēng)為“最佳實(shí)踐”。盡管嵌入式開(kāi)發(fā)特有的微妙之處，有已知的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確保質(zhì)量，無(wú)論平臺(tái)如何。例如，避免內(nèi)存泄漏應(yīng)該是通用的。此外，靜態(tài)分析和軟件之間的關(guān)系不一定由應(yīng)用程序定義：它由設(shè)備的用途定義。也就是說(shuō)，運(yùn)行靜態(tài)分析是嵌入式軟件開(kāi)發(fā)特別重要的最佳實(shí)踐。

傳統(tǒng)上，嵌入式軟件在發(fā)布后訪問(wèn)起來(lái)非常昂貴且痛苦。出于這個(gè)原因，大多數(shù)質(zhì)量或驗(yàn)證活動(dòng)都集中在消除修補(bǔ)或重構(gòu)嵌入式代碼的需要上。發(fā)布后修復(fù)錯(cuò)誤不僅對(duì)品牌而且對(duì)利潤(rùn)構(gòu)成最大風(fēng)險(xiǎn)。在某些行業(yè)，特別是在安全關(guān)鍵領(lǐng)域，與軟件缺陷相關(guān)的后果非常嚴(yán)重，以至于必須完美地執(zhí)行質(zhì)量和驗(yàn)證任務(wù)。嵌入到胰島素泵、武器控制系統(tǒng)、汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備中的軟件需要使用全方位靜態(tài)分析功能的預(yù)防策略；否則后果可能包括代價(jià)高昂的訴訟、C 級(jí)辭職，甚至喪生。這與敏捷相反，持續(xù)開(kāi)發(fā)，Web 驅(qū)動(dòng)的軟件應(yīng)用程序，例如智能手機(jī)、電視等，對(duì)于這些應(yīng)用程序而言，預(yù)防策略不太重要。為此，在軟件開(kāi)發(fā)范圍的預(yù)防策略方面進(jìn)行了以下討論，檢查了各種靜態(tài)分析實(shí)現(xiàn)：

積分時(shí)靜態(tài)分析

持續(xù)集成時(shí)間 （CI） 靜態(tài)分析

指標(biāo)分析

編輯時(shí)靜態(tài)分析

運(yùn)行時(shí)靜態(tài)分析

積分時(shí)靜態(tài)分析

在集成期間運(yùn)行靜態(tài)分析以檢測(cè)容易實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和嚴(yán)重錯(cuò)誤是實(shí)施預(yù)防策略的良好起點(diǎn)。集成時(shí)靜態(tài)分析在不實(shí)際執(zhí)行代碼的情況下模擬可行的應(yīng)用程序路徑，這對(duì)于無(wú)法進(jìn)行運(yùn)行時(shí)分析的系統(tǒng)非常有用。靜態(tài)分析可以跨多個(gè)函數(shù)和文件進(jìn)行測(cè)試，并捕獲常見(jiàn)的內(nèi)存問(wèn)題，例如未初始化的內(nèi)存、溢出、空指針等。

當(dāng)組織開(kāi)始在集成期間進(jìn)行測(cè)試時(shí)，靜態(tài)分析在開(kāi)發(fā)策略方面有幾個(gè)目的。首先，工程師可以查看測(cè)試結(jié)果并確定它們對(duì)于特定應(yīng)用的重要性。靜態(tài)分析可能會(huì)發(fā)現(xiàn)可能對(duì)軟件安全性、可靠性或性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響的潛在缺陷。另一方面，它可能會(huì)返回企業(yè)可能不關(guān)心的東西。例如，企業(yè)可能并不關(guān)心游戲控制臺(tái)中的缺陷會(huì)導(dǎo)致軟件在發(fā)生不太可能的操作序列時(shí)崩潰。用戶可以簡(jiǎn)單地重新啟動(dòng)并繼續(xù)享受他們的系統(tǒng)。然而，在其他情況下解決同類(lèi)問(wèn)題可能對(duì)于防止災(zāi)難性后果至關(guān)重要。

靜態(tài)分析還可以幫助軟件工程師發(fā)現(xiàn)在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估階段很難想到的潛在缺陷。工程師可以對(duì)潛在缺陷進(jìn)行分類(lèi)，以改進(jìn)未來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估迭代。

持續(xù)集成時(shí)間 （CI） 靜態(tài)分析

在運(yùn)行集成時(shí)靜態(tài)分析之后，軟件工程師應(yīng)該對(duì)代碼中潛在的系統(tǒng)問(wèn)題有更強(qiáng)烈的認(rèn)識(shí)。下一步是運(yùn)行 CI 靜態(tài)分析，以執(zhí)行規(guī)劃階段概述的編碼策略。這可以防止在集成時(shí)間分析期間發(fā)現(xiàn)的缺陷類(lèi)型。

對(duì)于靜態(tài)分析中發(fā)現(xiàn)的每個(gè)問(wèn)題，在代碼的其他地方至少還有 10 個(gè)完全相同的東西。靜態(tài)分析是同時(shí)解決所有同類(lèi)違規(guī)行為的理想工具。這與在代碼中追逐每一條可能的路徑相反。找到系統(tǒng)性問(wèn)題，創(chuàng)造一個(gè)bug無(wú)法生存的環(huán)境要好得多。

當(dāng)我們談?wù)撿o態(tài)分析時(shí)，在很多情況下我們指的是反模式分析。積極的模式是應(yīng)該在代碼中的東西。例如，要求工程師在聲明函數(shù)指針時(shí)使用typedef的策略是正模式靜態(tài)分析規(guī)則。這與例如在與標(biāo)準(zhǔn) C 庫(kù)交互時(shí)禁止使用字符串類(lèi)中的data（）成員函數(shù)的策略形成對(duì)比。

執(zhí)行兩種類(lèi)型（正模式和反模式）的靜態(tài)分析很重要，但值得一提的是這種區(qū)別，因?yàn)槿绻M織花時(shí)間基于正模式構(gòu)建編碼策略，這可以確保軟件工程師準(zhǔn)確地構(gòu)建代碼它應(yīng)該符合業(yè)務(wù)目標(biāo)或合規(guī)性要求。

指標(biāo)分析

指標(biāo)分析是一種靜態(tài)分析實(shí)現(xiàn)，它評(píng)估代碼特征并提供有關(guān)代碼的洞察力，可以幫助軟件工程師識(shí)別弱點(diǎn)（圖 1）。它是一種關(guān)鍵傳感器，可以突出顯示可能容易出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤的應(yīng)用程序區(qū)域。指標(biāo)分析是一個(gè)基本的基線測(cè)量，應(yīng)該觸發(fā)進(jìn)一步的分析，例如代碼審查或其他一些補(bǔ)救活動(dòng)。

圖 1： Parasoft 靜態(tài)分析指標(biāo)報(bào)告

指標(biāo)分析最好盡早使用，因?yàn)樗赡軙?huì)影響軟件工程師編寫(xiě)代碼的方式。避免嘗試被動(dòng)地或在 QA 階段實(shí)施指標(biāo)分析。指標(biāo)分析的目標(biāo)不僅僅是檢測(cè)潛在的缺陷；它以允許工程師遵循可持續(xù)編碼軌跡的方式檢測(cè)它們。對(duì)潛在缺陷熱點(diǎn)運(yùn)行指標(biāo)分析，糾正任何違規(guī)行為，并實(shí)施基于模式的分析規(guī)則以防止將來(lái)發(fā)生。

任何與潛在問(wèn)題相關(guān)的指標(biāo)都是公平的游戲。例如，一家醫(yī)療設(shè)備公司可能會(huì)使用度量分析來(lái)衡量圈復(fù)雜度，因?yàn)楦叻直砻髟O(shè)備在正常運(yùn)行期間需要處理的決策點(diǎn)太多。當(dāng)有 10 個(gè)分支需要削減時(shí)，知道復(fù)雜性分?jǐn)?shù)超過(guò)了編碼策略中設(shè)置的閾值，而不是在 QA 階段發(fā)現(xiàn)，這將有助于保持項(xiàng)目按時(shí)和按預(yù)算進(jìn)行。例如，組織可能想要測(cè)量公共變量，因?yàn)楦邤?shù)字可能與代碼中過(guò)多的依賴(lài)關(guān)系相關(guān)。每個(gè)組織都需要決定哪些指標(biāo)可以與代碼中可能的缺陷相關(guān)聯(lián)。

編輯時(shí)靜態(tài)分析

靜態(tài)分析的最佳點(diǎn)是開(kāi)發(fā)人員在編輯器中工作時(shí)。在編輯時(shí)運(yùn)行靜態(tài)分析有幾個(gè)目的。首先，它將軟件工程師指出潛在的問(wèn)題。其次，它通過(guò)確保系統(tǒng)地修復(fù)任何問(wèn)題來(lái)實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估策略。

但是什么時(shí)候應(yīng)該實(shí)施靜態(tài)分析呢？我們已經(jīng)討論了為什么太遲實(shí)施靜態(tài)分析是一個(gè)問(wèn)題。但是，它也可能實(shí)施得太早，因?yàn)殪o態(tài)分析必須有足夠的上下文才能提供有意義的信息。對(duì)字符、行甚至語(yǔ)句運(yùn)行靜態(tài)分析會(huì)產(chǎn)生太多噪音而無(wú)用。實(shí)施積極的設(shè)計(jì)模式可確保新代碼在編寫(xiě)時(shí)按預(yù)期構(gòu)建。在編輯時(shí)運(yùn)行靜態(tài)分析是在開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)中促進(jìn)正確行為的一種有效方式，因?yàn)榉答伿强焖俚牟⑶沂窃谡诰帉?xiě)的代碼的上下文中。利用這種類(lèi)型的分析可以提高代碼審查的效率，因?yàn)楣こ處煈?yīng)該能夠立即糾正基于策略的錯(cuò)誤。

運(yùn)行時(shí)靜態(tài)分析

一些靜態(tài)分析模式可以在運(yùn)行時(shí)檢測(cè)缺陷。如果嵌入式目標(biāo)可以容納開(kāi)銷(xiāo)，則組織應(yīng)執(zhí)行運(yùn)行時(shí)靜態(tài)分析以完善其預(yù)防策略。運(yùn)行時(shí)靜態(tài)分析在代碼實(shí)際運(yùn)行時(shí)檢測(cè)錯(cuò)誤，這使軟件工程師能夠使用真實(shí)數(shù)據(jù)測(cè)試真實(shí)路徑。

關(guān)于靜態(tài)分析和 QA 的最后說(shuō)明

在理想的預(yù)防策略中，QA 運(yùn)行靜態(tài)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤應(yīng)該已經(jīng)知道并確定為可接受的。這是因?yàn)檐浖こ處煈?yīng)該已經(jīng)針對(duì)設(shè)計(jì)模式進(jìn)行了測(cè)試和調(diào)整以強(qiáng)制執(zhí)行編碼策略。此階段的違規(guī)意味著流程存在問(wèn)題，例如不正確的靜態(tài)分析規(guī)則。在這些情況下，QA 需要將代碼發(fā)送回開(kāi)發(fā)人員，以便他們可以找到缺陷的系統(tǒng)原因并實(shí)施規(guī)則以防止將來(lái)發(fā)生。從這個(gè)角度來(lái)看，靜態(tài)分析是一個(gè)比錯(cuò)誤查找器更好的質(zhì)量門(mén)。

作者：Arthur Hicken，Wayne Ariola，Adam Trujillo

審核編輯：郭婷