基于白箱测试的C语言代码在线评测系统的研究与实现

卫军超++薛鹏鹏

摘 要 在程序设计语言教学过程中，教师往往运用手把手教学的方式对学生的源代码编程进行审核，这类传统的教学模式效率低下，也不便于学生之间的交流。构建一个基于白箱测试的建立在C语言基础上的教学平台，提高师生互动，促进大家学习交流，简化程序的评测过程，提高学习的效率。

【关键词】白箱测试 在线评测 C语言

高校程序设计类课程传统的手工评测方式有许多难以克服的弊端，对教学效果和学生编程能力的提高造成了许多障碍。随着计算机技术的发展，特别是Internet技术的普遍应用， 源代码在线评测系统应运而生，应用于各高校程序设计类课程的辅助教学，同时还可以当做程序编程设计等竞赛的模拟系统，和传统的手工测评方式相比较而言，优势明显。

1 研究内容

在分析和总结前人研究工作的基础上，本研究基于白箱测试实现对C语言源代码的评测，使其能够应用在具体教学实践中。

1.1 评测系统的关键技术

评测系统要用到以下几个关键技术：操作 My SQL 数据库；编译源代码；执行被测试的数据；测试运行结果；获取评测时间等。

1.2 代码安全性检测

代码安全检测是研究的核心内容。一旦源代码使用者提供了错误的恶意性质的代码，必然会影响服务器的正常运行。所以确保代码的安全性是保障系统正常使用的核心，需要及时对用户提供的源代码进行安全性检测，以白箱测试中的静态分析技术为前提，设计这一模块，针对C语言源代码常见的安全漏洞机械能给你检测，分析。重点研究存储越界错误、动态内存分配错误、内存泄漏、类型不一致错误、数组越界、死循环等类六类安全漏洞的检测方法。

1.3 代码剽窃检测

分析常见的代码剽窃的几种方式，及目前国内外代码剽窃检测技术的发展情况。代码剽窃检测这项技术的最终要的计算方法就是代码相似度的检测。检测两种代码的相似情况的主要方法有两种，属性计数和结构度量。结合实际教学环境，选择合适的代码相似度计算机方法，提出解决学生在日常的编程、考试中代码剽窃自动检测的设计方案。

2 评测技术的关键技术

本研究主要是对实现评测系统的技术进行研究，主要包括以下几个方面：评测系统的关键技术、代码安全检测、代码剽窃检测。

2.1 评测系统关键技术

（1）采用C语言操作MySQL数据库。用到的API主要有：MYSQL*mysql_init（MYSQL*mysql），用来实现初始化一个MySQL对象。

MYSQL* mysql_connect（MYSQL*mysql，const char*host，const*user，const char*passwd），用来实现连接数据库。

int mysql_query（MYSQL *mysql，const char*query），实现对SQL语句的执行操作。

（2）对源代码进行编译，实现对源代码的编译要用到以下主要参数：

-o out_file：表示将编译后的可执行文件存储为out_file。如out_file为空，则则编译后的可执行文件存储为a.out；

-O2：在编译的过程中会采取优化处理方式；

-Wall：在编译时，程序会及时输出警告信息；

-Im：-I编译时，链接库会被连接；-I后面会出现需要要链接的库名。-Im表示会链接数学库；

-Static：在编译过程中，进行连接链接库时，会使用静态链接库进行连接，及时避免连接动态的链接库。

（3）源代码文件编译通过之后，会生成一个名为“main”的文件接下来的工作是测试程序的正确性，源代码的正确性测评采用的是黑盒测试，执行被测试程序的过程如下：重定向输入输出文件；创建一个子进程；设置资源限制；用函数调用要执行的程序。

（4）用来检测程序运行情况的思路是这样的：在对待评测程序进行评测时，要使用标准的输入文件，把标准文件输出的数据和待评测程序输出的数据比较分析，假设待评测程序的结果和标准的一样，那么久可以判断此待评测程序编码是正确的，如果有出入，就认为待评测程序是错误的，当然，在检测和对照的过程中，要确保时间合适，注意监视内存情况，假设超出时间和内存的限制就需要及时返回错误代码，测评时间就是看测试前后系统时间差。

2.2 代码安全检测

在检测代码安全性之前，要检查C语言是否存在安全漏洞，如果有，就好及时分析，在安全漏洞中破坏性较大的、典型很难发现的的一共有六种。

（1）存储越界错误；

（2）动态内存分配错误：

（3）内存泄漏；

（4）类型不一致错误；

（5）指针错误；

（6）死循环。

针对对内存泄漏和数组越界两大类漏洞找到合适的检测方法。

2.3 代码剽窃检测

作为代码剽窃检测的最重要的技术就是计算两个代码的相似度，也就是通过一种检测手段来衡量两个代码是否具有相似性，代码相似度计算的方法一共有两种，分别是：属性技术；结构度量。在代码剽窃检测的初始阶段，属性技术的方法被最早被提出和使用，结构度量的方式是后来才出现的。这两中度量的方式共同点是在对相应的程序代码做分析后，归纳出数字化的特征，运用特征这一向量把不同的属性综合起来，表征程序。两种度量方法的区别在于，前者仅仅处理各种代码的统计属性，忽略其内部结构；但是后者主要是针对程序的内部结构进行度量，通过对分析控制流和嵌套深度的整理，运用得出的度量值分析程序特征向量。所以，结构度量法比属性计数法应用的更加广泛，或者可以将两者结合起来检测代码剽窃软件。

针对学校学生的实际情况，考虑采用属性计数法采计算代码相似程度，且投入较少、易于实现，也方便拓展到不同的语言。在完成代码相似度的计算以后，根据计算结果判断代码是否是剽窃嫌疑，将所有嫌疑代码及涉嫌学生明确列出，供教师进行进一步审查。基本流程如图1。

3 结束语

该文提出了一个基于白箱测试的C语言在线评测系统设计方法，并解决了在搭建系统过程中遇到的一些列问题，方便了教师和学生对于源代码的评测。当然此平台上基本实现了代码的自动评测，下一步要做的工作是改进剽窃检测模块，以适用教学需求。

参考文献

[1]苑文会.黑盒测试技术在辅助教学系统中的应用[J].计算机工程与设计，2006，27（23）：4604-4606.

[2]吕鹏，戴冠中.Linux下Ptrace（）调用的安全分析[J].计算机应用研究，2005，22（08）：102-104.

作者单位

西安交通工程学院 陕西省西安市 710300