基于白箱測試的C語言代碼在線評測系統的研究與實現

衛軍超++薛鵬鵬

摘 要 在程序設計語言教學過程中，教師往往運用手把手教學的方式對學生的源代碼編程進行審核，這類傳統的教學模式效率低下，也不便于學生之間的交流。構建一個基于白箱測試的建立在C語言基礎上的教學平臺，提高師生互動，促進大家學習交流，簡化程序的評測過程，提高學習的效率。

【關鍵詞】白箱測試 在線評測 C語言

高校程序設計類課程傳統的手工評測方式有許多難以克服的弊端，對教學效果和學生編程能力的提高造成了許多障礙。隨著計算機技術的發展，特別是Internet技術的普遍應用， 源代碼在線評測系統應運而生，應用于各高校程序設計類課程的輔助教學，同時還可以當做程序編程設計等競賽的模擬系統，和傳統的手工測評方式相比較而言，優勢明顯。

1 研究內容

在分析和總結前人研究工作的基礎上，本研究基于白箱測試實現對C語言源代碼的評測，使其能夠應用在具體教學實踐中。

1.1 評測系統的關鍵技術

評測系統要用到以下幾個關鍵技術：操作 My SQL 數據庫；編譯源代碼；執行被測試的數據；測試運行結果；獲取評測時間等。

1.2 代碼安全性檢測

代碼安全檢測是研究的核心內容。一旦源代碼使用者提供了錯誤的惡意性質的代碼，必然會影響服務器的正常運行。所以確保代碼的安全性是保障系統正常使用的核心，需要及時對用戶提供的源代碼進行安全性檢測，以白箱測試中的靜態分析技術為前提，設計這一模塊，針對C語言源代碼常見的安全漏洞機械能給你檢測，分析。重點研究存儲越界錯誤、動態內存分配錯誤、內存泄漏、類型不一致錯誤、數組越界、死循環等類六類安全漏洞的檢測方法。

1.3 代碼剽竊檢測

分析常見的代碼剽竊的幾種方式，及目前國內外代碼剽竊檢測技術的發展情況。代碼剽竊檢測這項技術的最終要的計算方法就是代碼相似度的檢測。檢測兩種代碼的相似情況的主要方法有兩種，屬性計數和結構度量。結合實際教學環境，選擇合適的代碼相似度計算機方法，提出解決學生在日常的編程、考試中代碼剽竊自動檢測的設計方案。

2 評測技術的關鍵技術

本研究主要是對實現評測系統的技術進行研究，主要包括以下幾個方面：評測系統的關鍵技術、代碼安全檢測、代碼剽竊檢測。

2.1 評測系統關鍵技術

（1）采用C語言操作MySQL數據庫。用到的API主要有：MYSQL*mysql_init（MYSQL*mysql），用來實現初始化一個MySQL對象。

MYSQL* mysql_connect（MYSQL*mysql，const char*host，const*user，const char*passwd），用來實現連接數據庫。

int mysql_query（MYSQL *mysql，const char*query），實現對SQL語句的執行操作。

（2）對源代碼進行編譯，實現對源代碼的編譯要用到以下主要參數：

-o out_file：表示將編譯后的可執行文件存儲為out_file。如out_file為空，則則編譯后的可執行文件存儲為a.out；

-O2：在編譯的過程中會采取優化處理方式；

-Wall：在編譯時，程序會及時輸出警告信息；

-Im：-I編譯時，鏈接庫會被連接；-I后面會出現需要要鏈接的庫名。-Im表示會鏈接數學庫；

-Static：在編譯過程中，進行連接鏈接庫時，會使用靜態鏈接庫進行連接，及時避免連接動態的鏈接庫。

（3）源代碼文件編譯通過之后，會生成一個名為“main”的文件接下來的工作是測試程序的正確性，源代碼的正確性測評采用的是黑盒測試，執行被測試程序的過程如下：重定向輸入輸出文件；創建一個子進程；設置資源限制；用函數調用要執行的程序。

（4）用來檢測程序運行情況的思路是這樣的：在對待評測程序進行評測時，要使用標準的輸入文件，把標準文件輸出的數據和待評測程序輸出的數據比較分析，假設待評測程序的結果和標準的一樣，那么久可以判斷此待評測程序編碼是正確的，如果有出入，就認為待評測程序是錯誤的，當然，在檢測和對照的過程中，要確保時間合適，注意監視內存情況，假設超出時間和內存的限制就需要及時返回錯誤代碼，測評時間就是看測試前后系統時間差。

2.2 代碼安全檢測

在檢測代碼安全性之前，要檢查C語言是否存在安全漏洞，如果有，就好及時分析，在安全漏洞中破壞性較大的、典型很難發現的的一共有六種。

（1）存儲越界錯誤；

（2）動態內存分配錯誤：

（3）內存泄漏；

（4）類型不一致錯誤；

（5）指針錯誤；

（6）死循環。

針對對內存泄漏和數組越界兩大類漏洞找到合適的檢測方法。

2.3 代碼剽竊檢測

作為代碼剽竊檢測的最重要的技術就是計算兩個代碼的相似度，也就是通過一種檢測手段來衡量兩個代碼是否具有相似性，代碼相似度計算的方法一共有兩種，分別是：屬性技術；結構度量。在代碼剽竊檢測的初始階段，屬性技術的方法被最早被提出和使用，結構度量的方式是后來才出現的。這兩中度量的方式共同點是在對相應的程序代碼做分析后，歸納出數字化的特征，運用特征這一向量把不同的屬性綜合起來，表征程序。兩種度量方法的區別在于，前者僅僅處理各種代碼的統計屬性，忽略其內部結構；但是后者主要是針對程序的內部結構進行度量，通過對分析控制流和嵌套深度的整理，運用得出的度量值分析程序特征向量。所以，結構度量法比屬性計數法應用的更加廣泛，或者可以將兩者結合起來檢測代碼剽竊軟件。

針對學校學生的實際情況，考慮采用屬性計數法采計算代碼相似程度，且投入較少、易于實現，也方便拓展到不同的語言。在完成代碼相似度的計算以后，根據計算結果判斷代碼是否是剽竊嫌疑，將所有嫌疑代碼及涉嫌學生明確列出，供教師進行進一步審查。基本流程如圖1。

3 結束語

該文提出了一個基于白箱測試的C語言在線評測系統設計方法，并解決了在搭建系統過程中遇到的一些列問題，方便了教師和學生對于源代碼的評測。當然此平臺上基本實現了代碼的自動評測，下一步要做的工作是改進剽竊檢測模塊，以適用教學需求。

參考文獻

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[2]呂鵬，戴冠中.Linux下Ptrace（）調用的安全分析[J].計算機應用研究，2005，22（08）：102-104.

作者單位

西安交通工程學院 陜西省西安市 710300