A Verified Data Structures Library

Tato bakalářská práce se zabývá metodikou psaní verifikovaných programů pomocí nástroje VCC. Zmíněná metodika je založena na principu doplnění kódu programu o anotace, jež poskytují specifikaci požadované funkcionality. Nástroj VCC pak prostřednictvím formálních metod určí zda zdrojový kód splňuje danou specifikaci či ne. V první části práce je popsána formální verifikace a zmíněny tři základní přístupy k ní. Následně jsou popsány problémy splnitelnosti výrokových formulí (SAT) a splnitelnosti formulí v teoriích predikátové logiky (SMT). Práce se dále věnuje popisu verifikačního nástroje VCC, jeho funkčnosti, metodice, syntaxi a sémantice příkazů jeho anotačního jazyka BoogiePL. Druhá část textu je zaměřena na popis návrhu a implementace verifikované knihovny datových struktur obsahující jednosměrný, dvousměrný a kruhový seznam, binární vyhledávací strom a Treiberův zásobník. Závěr práce diskutuje získané poznatky o programovací metodice založené na psaní verifikovaného kódu.This bachelor thesis deals with a methodology of writing verified programs using the VCC tool. The mentioned methodology is based in the principle of extending the program code with additional annotations, which provide a specification of the desired functionality. The VCC tool then uses formal methods to check whether the source code is correct with respect to the given specification. The first part describes formal verification and three basic approaches to it. Subsequently, the satisfiability problems of propositional formulae (SAT) and formulae in theories of predicate logic (SMT) are described. Then the thesis describes the VCC verification tool, its functionality, methodology, syntax and semantics of commands of its intermediate annotation language BoogiePL. The second part of this thesis is focused on the design and implementation of a verified data structures library, which contains singly linked, doubly linked, and circular lists, a binary search tree and a Treiber's stack. The text concludes with a discussion of the learnt knowledge about the programming methodology based on writing verified code.