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1 Prévention de déréférencement de références nulles dans un langage à objets Jean-Sébastien Gélinas, Étienne M. Gagnon, Jean Privat Université du Québec à Montréal Langages et Modèles à Objets Nancy 27 mars 2009

2 Introduction Typage statique Vérifications dynamiques Opérateur de test dynamique Portée de la sûreté Détection de bogues Préservation de l expressivité

3 Déréférencement de références nulles Déréférencement de références nulles La variable, le paramètre ou l attribut contient null Erreur de programmation Fréquente Difficile à corriger La cause de l erreur Oubli d initalisation de la variable Affectation de null dans la variable Peut-être loin de là où l erreur est signalée

4 Début de solution Début de solution : Typage statique Contrôler null grâce à un système de types Garantir statiquement qu une variable ne peut contenir null Problème : Les constructeurs Garantir l initialisation des attributs Prévenir l accès aux attributs non initialisés

5 Exemple du problème des constructeurs A a = new A (); a.m (); class A { notnull X x; A() {... // x pas initialisé } void m() { x.p (); // boum } }

6 Typage statique Vérifications dynamiques Opérateur de test dynamique Modèle de programmation Système de types statiques Vérifications dynamiques Opérateur de test dynamique Objectifs Préservation de l expressivité Facilité d utilisation

7 Typage statique Introduction Typage statique Vérifications dynamiques Opérateur de test dynamique Mot clé nullable Annote les types qui peuvent contenir null Un type non annoté ne peut contenir null nullable Object nullable Collection Object Règles de sous-typage Un type est sous-type de sa version nullable Le sous-typage est préservée par l annotation nullable nullable HashSet Collection HashSet

8 Typage statique Vérifications dynamiques Opérateur de test dynamique Règles d utilisations Un type nullable N a ni attribut, ni méthode : purement symbolique L accès aux attributs et l invocation de méthodes sont interdits sur une expression de type nullable Allègement syntaxique Inférence légère de types : mot clé var de C# Coercition partielle : (notnull)

9 Exemple d utilisation Introduction Typage statique Vérifications dynamiques Opérateur de test dynamique class Personne { // Nom de la personne String nom ; // Numéro de téléphone de la personne nullable String telephone ; String tostring () { var res = nom ; var tel = telephone ; if ( tel!= null ) { res += "; Tel.: " : + (( notnull ) tel ); } return res ; }

10 Typage statique Vérifications dynamiques Opérateur de test dynamique Vérifications dynamiques Règles dynamiques L accès à un attribut non-initialisé lève une exception À la fin d un constructeur, une exception est levée s il reste un attribut non initialisé Objectifs des règles Empêcher la propagation de valeurs incohérentes Permettre la détection des erreurs au plus tôt Réduire la zone de danger

11 Typage statique Vérifications dynamiques Opérateur de test dynamique Opérateur de test dynamique Opérateur isset Savoir dynamiquement si un attribut est initialisé Manipulation sûre d objets en cours de construction class A { T t; protected nullable T early_ get_ t () { if ( isset t) return t; else return null ; } }

12 Portée de la sûreté Détection de bogues Préservation de l expressivité Portée de la sûreté Zone de danger réduite Les 2 exceptions d initialisation ne peuvent être levées que pendant l exécution d un constructeur Une fois l objet construit, l accès aux attribut ne peut plus causer d erreur Zone de danger davantage réduite Les programmeurs évitent l échappement des objets en cours de construction La construction des objets n occupe qu une faible part du code

13 Portée de la sûreté Détection de bogues Préservation de l expressivité Détection de bogues Imputabilité des exceptions d initialisation Le fautif est un constructeur Il est sur la pile Il est facilement identifiable Tests unitaires Les tests unitaire détectent automatiquement plus de bogues Détection de l accès aux attributs non initialisés Certification de l initialisation des attributs à la fin des constructeurs

14 Portée de la sûreté Détection de bogues Préservation de l expressivité Préservation de l expressivité Pas de restriction statique Sur l utilisation des objets en cours de construction Sur l échappement des objets en cours de construction Sur l ordre d initialisation des attributs Cas fréquents Structures circulaires Stockage de l objet construit

15 Structure circulaire Introduction Portée de la sûreté Détection de bogues Préservation de l expressivité class Circ { Circ next ; Circ () { next = new Circ ( this ); } private Circ ( Circ next ) { this. next = next ; } }... = new Circ ();

16 Adaptation de code existant Modification du compilateur Nit classes lignes de code Adaptation en deux étapes Conformité statique Conformité dynamique

17 Résultats Étape 1 : Conformité statique Lignes de code : +3,5 % Nombre de types nullable : 5,1 % (6,4 % dans coll.) Nombre d attributs nullable : 9,5 % (40 % dans coll.) Étape 2 : Conformité dynamique Lignes de code : +4,5 % Nombre de types nullable : 8,8 % (8,3 % dans coll.) Nombre d attributs nullable : 31,6 % (51,4 % dans coll.)

18 Conclusion Perspectives Conclusion Prévention du déréférencement de références nulles Un système de type simple : nullable Des vérifications dynamiques : 2 exceptions Un opérateur de test dynamique : isset Points forts Politique d échec précoce Zone de danger restreinte Pas de perte d expressivité Facile à utiliser

19 Conclusion Perspectives Perspectives Analyses statiques Combiner les analyses statiques avec notre approche Garantir l absence des exceptions d initialisation Augmenter la précision des analyses Évaluation de l efficacité Coût des vérifications dynamiques Gain dû à l absence des tests de références nulles

20 Conclusion Perspectives Questions?

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