使用 LLVM 检测 C/C++ 代码

Question

我想编写一个 LLVM pass 来检测每个内存访问。 这就是我想要做的。

给定任何 C/C++ 程序（如下面给出的程序），我试图在每条读取/写入内存的指令之前和之后插入对某个函数的调用。例如考虑下面的 C++ 程序 (Account.cpp)

#include <stdio.h>

class Account {
int balance;

public:
Account(int b)
{
   balance = b;   
}
~Account(){ }

int read() 
{
  int r;  
  r = balance;   
  return r;
}

void deposit(int n) 
{   
  balance = balance + n;   
}

void withdraw(int n) 
{
  int r = read();   
  balance = r - n;   
}
};

int main ()
{ 
  Account* a = new Account(10); 
  a->deposit(1);
  a->withdraw(2);  
  delete a; 
}

所以在检测之后我的程序应该是这样的：

#include <stdio.h>

class Account 
{
  int balance;

public:
Account(int b)
{
  balance = b;   
}
~Account(){ }

int read() 
{
  int r;  
  foo();
  r = balance;
  foo();   
  return r;
}

void deposit(int n) 
{ 
  foo(); 
  balance = balance + n;
  foo();   
}

void withdraw(int n) 
{
  foo();
  int r = read();
  foo();
  foo();   
  balance = r - n;
  foo();   
}
};

int main ()
{ 
  Account* a = new Account(10); 
  a->deposit(1);
  a->withdraw(2);  
  delete a; 
}

其中 foo() 可以是任何函数，例如获取当前系统时间或增加计数器 .. 等等。

请给我示例（源代码、教程等）以及如何运行它的步骤。我已经阅读了http://llvm.org/docs/WritingAnLLVMPass.html 上关于如何制作 LLVM 通行证的教程，但无法弄清楚如何为上述问题编写通行证。

Answer 1

我对 LLVM 不是很熟悉，但我对 GCC（及其插件机制）更熟悉一些，因为我是 GCC MELT（一种用于扩展 GCC 的高级领域特定语言，它的主要作者）顺便说一句，你可以用你的问题）。因此，我将尝试笼统地回答。

您应该首先知道为什么要适配编译器（或静态分析器）。这是一个值得的目标，但它确实有缺点（特别是在 C++ 程序中重新定义某些运算符或其他构造）。

扩展编译器（无论是 GCC 还是 LLVM 或其他）的要点是您很可能应该处理其所有内部表示（并且您可能不能跳过其中的一部分，除非您有一个非常狭窄的定义问题） .对于GCC来说就是处理100多种Tree-s和近20种Gimple-s：在GCC中端，tree-s代表操作数和声明，gimple-s代表指令。 这种方法的优点是一旦你这样做了，你的扩展应该能够处理编译器可以接受的任何软件。缺点是编译器内部表示的复杂性（这可以通过编译器接受的 C 和 C++ 源语言定义的复杂性、它们生成的目标机器代码的复杂性以及距离的增加来解释）源语言和目标语言之间）。

因此，破解通用编译器（无论是 GCC 还是 LLVM）或静态分析器（如 Frama-C）是一项艰巨的任务（一个多月的工作，而不是几天的工作）。只处理像您展示的小型 C++ 程序，这是不值得的。但是，如果您能够处理大型源软件库，那么绝对值得付出努力。

问候

Answer 2

尝试这样的事情：（尽管插入了项目，但您需要填写空白并使迭代器循环工作）

class ThePass : public llvm::BasicBlockPass {
  public:
  ThePass() : BasicBlockPass() {}
  virtual bool runOnBasicBlock(llvm::BasicBlock &bb);
};
bool ThePass::runOnBasicBlock(BasicBlock &bb) {
  bool retval = false;
  for (BasicBlock::iterator bbit = bb.begin(), bbie = bb.end(); bbit != bbie;
   ++bbit) { // Make loop work given updates
   Instruction *i = bbit;

   CallInst * beforeCall = // INSERT THIS
   beforeCall->insertBefore(i);

   if (!i->isTerminator()) {
      CallInst * afterCall = // INSERT THIS
      afterCall->insertAfter(i);
   }
  }
  return retval;
}

希望这会有所帮助！