Getting started with static program analysis. Read this and start writing your first static program analyzer!
静态程序分析入门。阅读此书并着手编写你的第一个静态程序分析器吧！
- 批评的意见很有价值。 这是我第一次书写教程，一定有很多做得不好的地方。如果你觉得我写得不好，可以选择提issue或者通过邮箱联系我（ranger.nju#gmail.com)。
- 如果你觉得我写得不错，可以到GitHub仓库中给我一个Star，也可以在自己的社交圈子中宣传，让更多的人了解这个项目。
- Oct, 2020. 设立Github Repo
- 29th,Oct 2020. 更新第七课《过程间分析》至第四章
学生，开发者，研究者……几乎所有当代生活者都能从中受益。
- 学习方向与程序有关的学生。
- 计算机方向的学生可以通过深入学习这一领域知识而为自己建立独特的学术和就业优势。
- 其他方向的学生同样可以通过了解这一技术，了解静态分析软件能够为你提供怎样的功能和便利，以及如何更好地使用这些软件以保证你所关心的程序质量。
- 工作内容与程序有关的开发者。
- 无论你希望更好地理解Wiki上众多的开源或是闭源的静态程序分析技术，还是希望自己开发一个适用于眼下工作内容的静态程序分析器以保证程序质量，了解静态程序分析都会有所帮助。
- 研究领域与程序相关的研究者。 或许你希望微调研究方向，却因没有合适的入门材料而苦恼；或许你希望了解计算机领域的相关知识以期获得启发……这一教程可以作为你的入门材料或是闲暇读物。
- 生活与程序相关的每个人
- 软件质量是信息化时代的重要议题之一，在这个时代生活与工作，你一定会遇到相关的问题。
- 在大多数学校和企业中，没有开设该领域的课程。
静态程序分析是编程语言中应用层面下的一个细分领域。它是一个非常重要的核心内容。
在理论部分，研究者考虑的是如何设计一个语言的语法和语义，如何设计语言的类型系统等等问题；有了语言的语法、语义和类型系统之后，我们需要支撑语言的运行。因此，在环境部分，研究者考虑的是如何为运行中的程序提供运行时环境——如何设计编译器，在运行时需要怎样的支持（如内存的分配管理）等等；应用部分则关注如何保证语言所写出程序的效率、安全性和可靠性，研究者们考虑如何对程序进行分析，验证和合成（如何自动合成一个程序）。
当今的计算机世界，面对这样一条恶龙：
数十年来语言的核心没有变化，但软件的规模和复杂性增长迅速，如何保证程序的可靠性？
尽管新的语言和特性层出不穷，但现在编程语言无非三大类 (如果你对其中的某个语言不熟悉，可以到语言的官网或英文Wiki页面查看相关示例，也可以利用搜索引擎做初步的了解。本教程内容主要关注于针对命令式语言JAVA的分析。) ：
静态程序分析即是屠龙的宝刀之一，这一技术可以处理以下问题(以下概念只需要了解，重要的应用在后文中会详细讲解。)：
- 提高程序可靠性
- Null pointer dereference, memory leak, etc.
- 空指针引用与内存泄漏等：几乎每个程序编写者都被这两个问题所困扰过
- 提高程序安全性
- 为编译优化提供基础技术
- Dead code elimination, code motion, etc.
- 死代码消除：在编译器的机器无关优化环节，将不会对程序执行结果产生影响的代码（即死代码）删除。
- 循环不变量的代码移动：在编译器的机器无关优化环节，在保证不影响程序执行结果的情况下，将循环中的特定语句移动到循环外，使得程序运行时执行的语句数减少。更为详细的解释可以参考StackOverFlow上的回答。
- 有助于程序理解
- IDE call hierarchy, type indication, etc.
- 为集成开发环境的功能提供帮助：当你使用VS 2019/Idea/Clion/Eclipse/Android Studio等等IDE时，将鼠标悬停在代码上，IDE能够动态地分析并提示你所悬停对象的相关信息，背后使用的技术就是静态程序分析。
- 在学术界，静态程序分析技术几乎可以应用于所有关于程序的研究方向。
- 在工业界，国外的Google，IBM等大企业已经初步建立了自己的静态程序分析团队。国内的华为和阿里等企业也正在积极寻找静态程序分析方面的人才。
- 无论你将来想在学术界还是工业界深入发展，学习这一领域的知识都能为你建立独特的优势。
Testing shows the presence, not the absence of bugs. --Edsger W. Dijkstra
动态的软件测试和形式化语义的验证的作用与静态程序分析类似，这一部分对这三个细分方向做简单的对比。
- 优点：在选定的精度下能够保证没有bug。这在教程中会详细介绍。
- 缺点：
- 学术门槛相对高。目前国内高校只有北京大学和南京大学开设有关课程，且暂无教材。作为一门计算机专业的高年级选修课，入门和提高都较困难。
- You tell me.
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优点：在工程中被广泛应用，并且有效。实现简单，便于自动化。
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缺点：
- 无法保证没有bug。 这是无法遍历所有可能的程序输入的必然结果。
- 在当今的由多核与网络应用带来的并发环境下作用有限。 某个bug可能只在特定情况下发生，因而难以稳定地复现。如果你对并发程序的测试细节感兴趣，可以参考《拧龙头法测试并发程序》。（截图来自南京大学《形式化语义》课程资料）
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优点：由于用数学的方法对程序做了抽象，能够保证没有bug。
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缺点：
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学术门槛较高，学习者必须有良好的数学基础才能入门。
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验证代价较高，一般来说非常重要的项目会使用这一方式保证程序质量。甚至在操作系统这样重要的软件中，也并不一定会使用。(截图来自鸿蒙OS直播发布会)
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