Trustworthy Refactoring via Decomposition and Schemes: A Complex Case Study

Widely used complex code refactoring tools lack a solid reasoning about the correctness of the transformations they implement, whilst interest in proven correct refactoring is ever increasing as only formal verification can provide true confidence in applying tool-automated refactoring to industrial-scale code. By using our strategic rewriting based refactoring specification language, we present the decomposition of a complex transformation into smaller steps that can be expressed as instances of refactoring schemes, then we demonstrate the semi-automatic formal verification of the components based on a theoretical understanding of the semantics of the programming language. The extensible and verifiable refactoring definitions can be executed in our interpreter built on top of a static analyser framework.Comment: In Proceedings VPT 2017, arXiv:1708.0688

Refactoring = Substitution + Rewriting

We present an approach to describing refactorings that abstracts away from particular refactorings to classes of similar transformations, and presents an implementation of these that works by substitution and subsequent rewriting. Substitution is language-independent under this approach, while the rewrites embody language-specific aspects. Intriguingly, it also goes back to work on API migration by Huiqing Li and the first author, and sets refactoring in that general context.Comment: 6p

Verification and Application of Program Transformations

A programtranszformáció és a refaktorálás alapvető elemei a szoftverfejlesztési folyamatnak. A refaktorálást a kezdetektől próbálják szoftvereszközökkel támogatni, amelyek megbízhatóan és hatékonyan valósítják meg a szoftverminőséget javító, a működést nem érintő programtranszformációkat. A statikus elemzésre alapuló hibakeresés és a refaktorálási transzformációk az akadémiában és a kutatás-fejlesztésben is nagy érdeklődésre tartanak számot, ám még ennél is fontosabb a szerepük a nagy bonyolultságú szoftvereket készítő vállalatoknál. Egyre pontosabbak és megbízhatóbbak a szoftverfejlesztést támogató eszközök, de bőven van még min javítani. A disszertáció olyan definíciós és verifikációs módszereket tárgyal, amelyekkel megbízhatóbb és szélesebb körben használt programtranszformációs eszközöket tudunk készíteni. A dolgozat a statikus és a dinamikus verifikációt is érinti. Elsőként egy újszerű, tömör leíró nyelvet mutat be L-attribútum grammatikákhoz, amelyet tulajdonságalapú teszteléshez használt véletlenszerű adatgenerátorra képezünk le. Ehhez egy esettanulmány társul, amely az Erlang programozási nyelv grammatikáját, majd a teszteléshez való felhasználását mutatja be. A tesztelés mellett a formális helyességbizonyítás kérdését is vizsgáljuk, ehhez bevezetünk egy refaktorálások leírására szolgáló nyelvet, amelyben végrehajtható és automatikusan bizonyítható specifikációkat tudunk megadni. A nyelv környezetfüggő és feltételes termátíráson, stratégiákon és úgynevezett refaktorálási sémákon alapszik. Végül, de nem utolsó sorban a programtranszformációk egy speciális alkalmazása kerül bemutatásra, amikor egy refaktoráló keretrendszert előfordítóként használunk a feldolgozott programozási nyelv kiterjesztésére. Utóbbi módszerrel könnyen implementálható az Erlang nyelvben a kódmigráció

Towards Trustworthy Refactoring in Erlang

Tool-assisted refactoring transformations must be trustworthy if programmers are to be confident in applying them on arbitrarily extensive and complex code in order to improve style or efficiency. We propose a simple, high-level but rigorous, notation for defining refactoring transformations in Erlang, and show that this notation provides an extensible, verifiable and executable specification language for refactoring. To demonstrate the applicability of our approach, we show how to define and verify a number of example refactorings in the system.Comment: In Proceedings VPT 2016, arXiv:1607.0183

Program Equivalence in an Untyped, Call-by-value Functional Language with Uncurried Functions

We aim to reason about the correctness of behaviour-preserving transformations of Erlang programs. Behaviour preservation is characterised by semantic equivalence. Based upon our existing formal semantics for Core Erlang, we investigate potential definitions of suitable equivalence relations. In particular we adapt a number of existing approaches of expression equivalence to a simple functional programming language that carries the main features of sequential Core Erlang; we then examine the properties of the equivalence relations and formally establish connections between them. The results presented in this paper, including all theorems and their proofs, have been machine checked using the Coq proof assistant

Validating Formal Semantics by Property-Based Cross-Testing

To describe the behaviour of programs in a programming language we can define a formal semantics for the language, and formalise it in a proof assistant. From this semantics we can derive the behaviour of each particular program in the language. But there remains the question of validating the formal semantics: have we got the formalisation right? Our approach is to use property-based cross-testing of formal semantics, which is based on the combination of a number of existing approaches to validation. In particular, we give a concrete implementation of our ideas for a set of formalisations of Erlang and Core Erlang. We describe the adjustments that need to be made to execute these seman- tics, then we present and evaluate property-based testing in the context of cross-checking semantics, including random program generation and counterexample shrinking

Static analysis of function calls in Erlang

Functions and their relations can affect numerous properties and metrics of a functional program. To identify and represent the functions and their calling connections, software analysers commonly apply semantic function analysis, which derives the static call graph of the program, based on its source code. Function calls however may be dynamic and complex, making it difficult to statically identify the callee. Dynamic calls are determined just at run-time, static analysis therefore cannot be expected to fully identify every call. Nevertheless, by utilising the results of a properly performed data-flow analysis as well as taking ambiguous references into account, numerous dynamic calls are discoverable and representable. We consider cases where the identifiers of the callee are statically determined, but they flow into the call expression from a different program point, and also, we manage to handle function calls whose identifiers are not fully identifiable at compile-time. By utilising the improved reference analysis, we extend the static call graph with various information about dynamic function calls. We investigate such a function call analysis in the programming language Erlang