C Compiler in Python

V současné době neexistuje žádné výrazné propojení problematiky tvorby překladačů a návrhu procesorů a jejich instrukčních sad ve výuce. Cílem této práce je vytvořit snadno rozšiřitelný modulární překladač, který bude umožňovat experimentovat s instrukční sadou použitého cílového procesoru. Překladač implementuje několik optimalizačních technik, jejichž vliv je v práci diskutován. Jednou z pokročilejších použitých technik je kontextové generování cílového kódu, které vykazuje mnohem lepší metriky výsledného kódu v porovnání s prostým slepým generování.There is currently no big link between creation of compilers and processor design and their instruction sets in courses. The goal of this work is to create easily extensible and modular compiler, which will enable experiments with instruction sets of used target processor. Compiler implements several optimization techniques. Their impact is more closely discussed. One of the advanced used techniques is context generation of output code. This technique generates less code than common blind generation.

Reasoning about Regular Properties: A Comparative Study

Several new algorithms for deciding emptiness of Boolean combinations of regular languages and of languages of alternating automata (AFA) have been proposed recently, especially in the context of analysing regular expressions and in string constraint solving. The new algorithms demonstrated a significant potential, but they have never been systematically compared, neither among each other nor with the state-of-the art implementations of existing (non)deterministic automata-based methods. In this paper, we provide the first such comparison as well as an overview of the existing algorithms and their implementations. We collect a diverse benchmark mostly originating in or related to practical problems from string constraint solving, analysing LTL properties, and regular model checking, and evaluate collected implementations on it. The results reveal the best tools and hint on what the best algorithms and implementation techniques are. Roughly, although some advanced algorithms are fast, such as antichain algorithms and reductions to IC3/PDR, they are not as overwhelmingly dominant as sometimes presented and there is no clear winner. The simplest NFA-based technology may be actually the best choice, depending on the problem source and implementation style. Our findings should be highly relevant for development of these techniques as well as for related fields such as string constraint solving

A Decision Procedure for the WSkS Logic

Různé typy logik se často používají jako prostředky pro formální specifikaci systémů. Slabá monadická logika druhého řádu s k následníky (WSkS) je jednou z nich a byť má poměrně velkou vyjadřovací sílu, stále je rozhodnutelná. Ačkoliv složitost testování splnitelnosti WSkS formule není ani ve třídě ELEMENTARY, tak existují přístupy založené na deterministických automatech, implementované např. v nástroji MONA, které efektně řeší omezenou třídu praktických příkladů, nicméně nefungují pro jiné. Tato práce rozšiřuje třídu prakticky řešitelných příkladů, a to tak, že využívá nedávno vyvinutých technik pro efektní manipulaci s nedeterministickými automaty (jako je například testování universality jazyka pomocí přístupu založeného na antichainech) a navrhuje novou rozhodovací proceduru pro WSkS využívající právě nedeterministické automaty. Procedura je implementována a ve srovnání s nástrojem MONA dosahuje v některých případech řádově lepších výsledků

Automata in Decision Procedures and Performance Analysis

Tato práce se věnuje vylepšení současného stavu formalní analýzy a verifikace založené na automatech a zaměřené na systémy s nekonečnými stavovými prostory. V první části se práce zabývá dvěma rozhodovacími procedurami pro logiku WS1S, které jsou založené na korespondenci mezi formulemi logiky WS1S a konečnými automaty. První metoda je založena na tzv. antiřetězcích, ale, je limitována pouze na formule v prenexním normálním tvaru. Následně je tento přístup zobecněn na libovolné formule, jsou zavedeny tzv. jazykové termy a na jejich základě je navržena nová procedura, která pracuje za běhu a zpracovává tyto termy "líným" způsobem. Abychom získali efektivní rozhodovací proceduru, je dále navržena sada optimalizací (přičemž některé nejsou limitovány pouze pro naše přístupy). Obě metody jsou srovnány s ostatními nástroji implementujícími různé známé rozhodovací procedury. Získané výsledky jsou povzbuzující a ukazují, že použitelnost logiky WS1S je možno rozšířit na širší třídu formulí. V druhé části se práce zabývá analýzou mezí zdrojů programů manipulujících s haldou. Je zde navržena nová třída tzv. tvarových norem založených na délkách cest mezi význačnými místy na haldě, které jsou automaticky odvozovány z analyzovaného programu. Na základě této třídy norem je dále navržen kalkul, který je schopen přesně odvodit změny odvozených normů a použít je k vygenerování odpovídající celočíselné reprezentace vstupního programu, která je následně využita pro následovanou dedikovanou analýzou mezí zdrojů. Tato metoda byla implementována nad analýzou tvaru založenou na tzv. lesních automatech, implementovanou v nástroji Forester, a dále byl použit dobře zavedený analyzátor mezí zdrojů, implementovaný v nástroji Loopus. V experimentální evaluaci bylo ukázáno, že je opravdu takto získán silný analyzátor, který je schopen odvodit meze programů, které ještě nikdy plně automatizovaně odvozené nebyly.This thesis focuses on improving the state of the art of automata-based formal analysis and verification techniques for systems with an infinite state space. In the first part of the thesis, we develop two efficient decision procedures for the WS1S logic, both of them exploiting the correspondence between formulae of WS1S logic and finite automata. We start by proposing a novel antichain-based decision procedure which is, however, limited to formulae in the prenex normal form. Later, we generalize the approach to arbitrary formulae by defining the so-called language terms and constructing an on-the-fly procedure dealing with the terms using lazy techniques. In order to achieve an efficient implementation, we propose numerous optimizations (some of these optimization are not limited to our approaches only). We evaluated both our methods with other recent state-of-the art tools. The achieved results are encouraging and show we can extend the usage of WS1S to wider classes of formulae. The second part of the thesis focuses on resource bounds analysis of heap-manipulating programs. We propose a new class of shape norms based on lengths of paths between distinct points in the heap, which we derive automatically from the analysed program. For this class of norms, we introduce a calculus capable of precisely inferring changes of the analysed norms and use it to generate a corresponding integer representation of an input program followed by dedicated state-of-the art resource bounds analysis. We implemented our approach over the shape analysis based on forest-automata, implemented in the Forester tool, and using a well-established resource bounds analyser, implemented in the Loopus tool. In our experimental evaluation, we show that we indeed obtained a powerful analyser that is able to handle some showcase examples that were never analysed fully automatically before.

Automata in Decision Procedures and Performance Analysis

Tato práce se věnuje vylepšení současného stavu formalní analýzy a verifikace založené na automatech a zaměřené na systémy s nekonečnými stavovými prostory. V první části se práce zabývá dvěma rozhodovacími procedurami pro logiku WS1S, které jsou založené na korespondenci mezi formulemi logiky WS1S a konečnými automaty. První metoda je založena na tzv. antiřetězcích, ale, je limitována pouze na formule v prenexním normálním tvaru. Následně je tento přístup zobecněn na libovolné formule, jsou zavedeny tzv. jazykové termy a na jejich základě je navržena nová procedura, která pracuje za běhu a zpracovává tyto termy "líným" způsobem. Abychom získali efektivní rozhodovací proceduru, je dále navržena sada optimalizací (přičemž některé nejsou limitovány pouze pro naše přístupy). Obě metody jsou srovnány s ostatními nástroji implementujícími různé známé rozhodovací procedury. Získané výsledky jsou povzbuzující a ukazují, že použitelnost logiky WS1S je možno rozšířit na širší třídu formulí. V druhé části se práce zabývá analýzou mezí zdrojů programů manipulujících s haldou. Je zde navržena nová třída tzv. tvarových norem založených na délkách cest mezi význačnými místy na haldě, které jsou automaticky odvozovány z analyzovaného programu. Na základě této třídy norem je dále navržen kalkul, který je schopen přesně odvodit změny odvozených normů a použít je k vygenerování odpovídající celočíselné reprezentace vstupního programu, která je následně využita pro následovanou dedikovanou analýzou mezí zdrojů. Tato metoda byla implementována nad analýzou tvaru založenou na tzv. lesních automatech, implementovanou v nástroji Forester, a dále byl použit dobře zavedený analyzátor mezí zdrojů, implementovaný v nástroji Loopus. V experimentální evaluaci bylo ukázáno, že je opravdu takto získán silný analyzátor, který je schopen odvodit meze programů, které ještě nikdy plně automatizovaně odvozené nebyly

Automata in Decision Procedures and Performance Analysis

Tato práce se věnuje vylepšení současného stavu formalní analýzy a verifikace založené na automatech a zaměřené na systémy s nekonečnými stavovými prostory. V první části se práce zabývá dvěma rozhodovacími procedurami pro logiku WS1S, které jsou založené na korespondenci mezi formulemi logiky WS1S a konečnými automaty. První metoda je založena na tzv. antiřetězcích, ale, je limitována pouze na formule v prenexním normálním tvaru. Následně je tento přístup zobecněn na libovolné formule, jsou zavedeny tzv. jazykové termy a na jejich základě je navržena nová procedura, která pracuje za běhu a zpracovává tyto termy "líným" způsobem. Abychom získali efektivní rozhodovací proceduru, je dále navržena sada optimalizací (přičemž některé nejsou limitovány pouze pro naše přístupy). Obě metody jsou srovnány s ostatními nástroji implementujícími různé známé rozhodovací procedury. Získané výsledky jsou povzbuzující a ukazují, že použitelnost logiky WS1S je možno rozšířit na širší třídu formulí. V druhé části se práce zabývá analýzou mezí zdrojů programů manipulujících s haldou. Je zde navržena nová třída tzv. tvarových norem založených na délkách cest mezi význačnými místy na haldě, které jsou automaticky odvozovány z analyzovaného programu. Na základě této třídy norem je dále navržen kalkul, který je schopen přesně odvodit změny odvozených normů a použít je k vygenerování odpovídající celočíselné reprezentace vstupního programu, která je následně využita pro následovanou dedikovanou analýzou mezí zdrojů. Tato metoda byla implementována nad analýzou tvaru založenou na tzv. lesních automatech, implementovanou v nástroji Forester, a dále byl použit dobře zavedený analyzátor mezí zdrojů, implementovaný v nástroji Loopus. V experimentální evaluaci bylo ukázáno, že je opravdu takto získán silný analyzátor, který je schopen odvodit meze programů, které ještě nikdy plně automatizovaně odvozené nebyly

From Shapes to Amortized Complexity

The final publication is available via https://doi.org/10.1007/978-3-319-73721-8_10.We propose a new method for the automated resource bound analysis of programs manipulating dynamic data structures built on top of an underlying shape and resource bound analysis. Our approach first constructs an integer abstraction for the input program using information gathered by a shape analyser; then a resource bound analyzer is run on the resulting integer program. The integer abstraction is based on shape norms — numerical measures on dynamic data structures (e.g., the length of a linked list). In comparison to related approaches, we consider a larger class of shape norms which we derive by a lightweight program analysis. The analysis identifies paths through the involved dynamic data structures, and filters the norms which are unlikely to be useful for the later bound analysis. We present a calculus for deriving the numeric changes of the shape norms, thereby generating the integer program. Our calculus encapsulates the minimal information which is required from the shape analysis.We have implemented our approach on top of the Forester shape analyser and evaluated it on a number of programs manipulating various list and tree structures using the Loopus tool as the underlying bounds analyser. We report on programs with complex data structures and/or using complex algorithms that could not be analysed in a fully automated and precise way before.Austrian Science Funds (FWF) Austrian National Research Network (RiSE)Czech Science FoundationIT4Innovations Excellence in Science (IT4IXS)BUT FI

A Replication package for reproducing the results of paper "Mata: A Fast and Simple Finite Automata Library"

<p>This is an artifact for the paper "Mata: A Fast and Simple Finite Automata Library"</p><p>For instructions, see the file README.md within the archive.</p&gt