从ANSI C代码获取控制流图

Question

我正在构建用于测试ansi c应用程序的工具。 只需加载代码，查看控制流图，运行测试，标记所有被击中的顶点。 我正在尝试通过解析代码来自己构建CFG。 不幸的是，如果嵌套代码，它会搞砸。 GCC提供从编译代码中获取CFG的能力。 我可能会为其输出编写解析器，但我需要行号来设置断点。 使用-fdump-tree-cfg或-fdump-tree-vcg输出控制流图时，是否可以获取行号？

Answer 1

对于C程序的控制流图，您可以查看C的现有Python解析器：

• PyCParser
• pycparser
• pyclibrary （ pyclibrary的分支 ）
• joern
• CoFlo C / C ++控制流程图生成器和分析器

调用图是控制流图的密切相关的构造。 有几种方法可用于为C代码创建调用图（函数依赖性）。 这可能有助于推进控制流图生成。 在C中创建依赖图的方法：

• 使用cflow ：

  • cflow + pycflow2dot + dot （GPL，BSD）cflow是健壮的，因为它可以处理无法编译的代码，例如缺少包含。 如果大量使用预处理程序指令，则可能需要使用--cpp选项来预处理代码。
  • cflow + cflow2dot + dot（GPL v2，GPL v3，Eclipse公共许可证（EPL）v1）（注意cflow2dot在工作之前需要一些路径修复）
  • cflow + cflow2dot.bash （GPL v2 ,?）
  • cflow + cflow2vcg （GPL v2，GPL v2）
  • 增强型cflow （GPL v2），带有列表以从图中排除符号

• 使用cscope ：

  • cscope（BSD）
  • cscope + callgraphviz + dot + xdot
  • cscope + vim CCTree （C Call-Tree Explorer）
  • cscope + ccglue
  • cscope + CodeQuery for C，C ++，Python和Java
  • cscope + Python html制作人
  • cscope + calltree.sh

• ncc （像cflow一样）

• KCachegrind （KDE依赖查看器）
• Calltree

遗憾的是，以下工具要求代码可编译，因为它们依赖于gcc的输出：

• CodeViz （GPL v2）（弱点：需要可编译源，因为它使用gcc转储cdepn文件）
• gcc + egypt + dot（GPL v *，Perl = GPL | Artistic license，EPL v1）（ egypt使用gcc生成RTL ，因此任何错误的源代码都会失败，或者即使您只想关注单个文件来自因此，与更强大的基于cflow的工具链相比，它并不是非常有用。请注意，埃及默认支持从图中排除库调用，以使其更清晰。

此外，可以使用crowfood创建C / C ++的文件依赖关系图。

Answer 2

所以我做了一些研究，并不难获得节点的行号。 只需将lineno选项添加到其中一个选项即可获得它。 所以使用-fdump-tree-cfg-lineno或-fdump-tree-vcg-lineno 。 我花了一些时间来检查这些数字是否可靠 。 在VCG格式的图形的情况下，每个节点的标签包含两个数字 。 这些是由该节点表示的代码部分的开始和结束的行号。

Answer 3

动态分析方法

在这个答案中，我描述了一些动态分析方法。

动态方法实际运行程序以确定调用图。

与动态方法相反的是静态方法，它试图在不运行程序的情况下单独从源中确定它。

动态方法的优点：

• 捕获函数指针和虚拟C ++调用。 这些在任何非平凡的软件中都有大量存在。

动态方法的缺点：

• 你必须运行程序，这可能很慢，或者需要你没有的设置，例如交叉编译
• 只显示实际调用的函数。 例如，根据命令行参数，可以调用或不调用某些函数。

KcacheGrind

https://kcachegrind.github.io/html/Home.html

测试程序：

int f2(int i) { return i + 2; }
int f1(int i) { return f2(2) + i + 1; }
int f0(int i) { return f1(1) + f2(2); }
int pointed(int i) { return i; }
int not_called(int i) { return 0; }

int main(int argc, char **argv) {
    int (*f)(int);
    f0(1);
    f1(1);
    f = pointed;
    if (argc == 1)
        f(1);
    if (argc == 2)
        not_called(1);
    return 0;
}

用法：

sudo apt-get install -y kcachegrind valgrind

# Compile the program as usual, no special flags.
gcc -ggdb3 -O0 -o main -std=c99 main.c

# Generate a callgrind.out.<PID> file.
valgrind --tool=callgrind ./main

# Open a GUI tool to visualize callgrind data.
kcachegrind callgrind.out.1234

您现在处于一个非常棒的GUI程序中，其中包含许多有趣的性能数据。

在右下角，选择“调用图”选项卡。 这会显示一个交互式调用图，当您单击这些函数时，它会与其他窗口中的性能指标相关联。

要导出图形，请右键单击它并选择“导出图形”。 导出的PNG如下所示：

从那我们可以看出：

• 根节点是_start ，它是实际的ELF入口点，并包含glibc初始化样板
• f0 ， f1和f2按预期彼此调用
• pointed也显示，即使我们用一个函数指针的说法。 如果我们传递了命令行参数，它可能没有被调用。
• not_called未显示，因为它没有在运行中被调用，因为我们没有传递额外的命令行参数。

关于valgrind的一个很酷的事情是它不需要任何特殊的编译选项。

因此，即使您没有源代码，也只能使用可执行文件，您可以使用它。

valgrind通过轻量级“虚拟机”运行代码来实现这一目标。

在Ubuntu 18.04上测试过。

gcc -finstrument-functions + etrace

https://github.com/elcritch/etrace

-finstrument-functions 添加回调 ，etrace解析ELF文件并实现所有回调。

不幸的是，我无法让它工作： 为什么`-finstrument-functions`对我不起作用？

声明的输出格式为：

\-- main
|   \-- Crumble_make_apple_crumble
|   |   \-- Crumble_buy_stuff
|   |   |   \-- Crumble_buy
|   |   |   \-- Crumble_buy
|   |   |   \-- Crumble_buy
|   |   |   \-- Crumble_buy
|   |   |   \-- Crumble_buy
|   |   \-- Crumble_prepare_apples
|   |   |   \-- Crumble_skin_and_dice
|   |   \-- Crumble_mix
|   |   \-- Crumble_finalize
|   |   |   \-- Crumble_put
|   |   |   \-- Crumble_put
|   |   \-- Crumble_cook
|   |   |   \-- Crumble_put
|   |   |   \-- Crumble_bake

除了特定的硬件跟踪支持之外，它可能是最有效的方法，但是您必须重新编译代码。