符号执行是近年来一种比较热门的程序分析和测试方法,能够自动探索程序的路径空间,分析进入各路径的约束条件并生成测试用例,具有自动化程度高、路径覆盖率高等优点,在程序分析、自动化测试等领域都有广泛的应用。路径爆炸问题是目前符号执行技术面临的最大的挑战和瓶颈。当程序中的可达路径数量十分庞大时,现有的计算机计算能力很难在规定的时间和空间内分析和处理完程序中所有的路径。循环和递归是引起路径爆炸问题的两个主要原因。在符号执行过程中,循环中的每一次迭代在经过循环条件时,会生成一条继续循环的路径和一条离开循环的路径,导致路径数量成倍增加;递归结构中至少包含一个深入递归的分支和一个从递归返回的分支,每一次递归调用都会生成至少两条路径,一条路径深入递归,另一条路径从递归中返回,也会导致路径数量成倍增加。在符号执行中,循环的迭代次数和递归的调用次数通常不是固定值,且取值范围非常广、可能的取值非常多,这就导致了在符号执行中,循环和递归结构会引起路径数量迅速膨胀。本文通过结合制导技术和状态合并技术,缓解符号执行中循环和递归引起的路径爆炸问题。一方面,使用制导技术分析程序中循环和递归的结构生成制导信息,引导符号执行向循环和递归深处进行,发现隐藏在循环和递归深处的错误。另一方面,使用状态合并技术合并循环和递归中的路径,压缩程序路径空间的大小,缓解循环和递归引起的路径爆炸问题。除此之外,本文还提出了一种可视化方法,定义了描述循环和递归结构的方法,设计了描述循环和递归路径的图形组件,通过图像的方式展示符号执行在循环和递归中的制导过程和执行路径。本文对开源符号执行工具KLEE进行扩展,实现了循环制导和递归制导方法,并在Malardalen WCET程序集、Debie程序、Scimark2.0程序集以及递归程序集上,设计了两组实验来评估循环制导方法和递归制导方法的有效性。该实验以KLEE默认方法为参照,发现在多数情况下循环制导方法和递归制导方法能够提高符号执行处理循环和递归结构的效率,对缓解符号执行中循环和递归引起的路径爆炸问题具有良好的效果。