Manual de Referencia: callahan

Callahan — Verificador Formal de Contratos ACSL y Demostración Deductiva con Frama-C¶

1. Propósito y Filosofía Pedagógica¶

La herramienta callahan forma parte del ecosistema oficial de software de la cátedra. Su diseño sigue principios pedagógicos rigurosos:

1. Evidencia Técnica Directa: Todo diagnóstico se fundamenta en la norma ISO C (C11/C23), en el modelo de memoria del sistema o en convenciones arquitectónicas formales.

2. Acción Correctiva Concreta: Cada advertencia incluye la prescripción técnica inmediata para resolver el defecto sin recurrir a conjeturas.

3. Autonomía del Estudiante: Facilita la autoevaluación local antes de la entrega final del trabajo práctico.

4. Objetividad Docente: Estandariza la corrección automática removiendo discrepancias subjetivas en la evaluación.

2. Instalación y Verificación del Entorno¶

2.1 Requisitos Previos del Sistema¶

Instalá los paquetes del sistema requeridos según tu distribución o entorno:

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sudo apt update && sudo apt install -y \
    build-essential \
    gcc \
    gdb \
    valgrind \
    clang-format \
    libclang-dev \
    bubblewrap \
    typst \
    graphviz \
    python3-pip \
    python3-venv

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sudo pacman -S --needed \
    base-devel \
    gcc \
    gdb \
    valgrind \
    clang \
    bubblewrap \
    typst \
    graphviz \
    python-pip \
    uv

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sudo dnf install -y \
    gcc \
    gcc-c++ \
    gdb \
    valgrind \
    clang-tools-extra \
    bubblewrap \
    typst \
    graphviz \
    python3-pip

brew install gcc gdb clang-format typst graphviz uv

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# En WSL2 (Ubuntu): utilizar los paquetes de Ubuntu/Debian arriba.
# En MSYS2 MINGW64:
pacman -S --needed \
    mingw-w64-x86_64-gcc \
    mingw-w64-x86_64-gdb \
    mingw-w64-x86_64-clang-tools-extra

2.2 Métodos de Instalación de callahan¶

Podés instalar callahan mediante cualquiera de los siguientes métodos estándar:

# Instalación aislada de alta velocidad con uv
uv tool install . --editable

# O instalar todo el ecosistema de herramientas de la cátedra en lote:
source ./install_tools.sh

# Crear y activar un entorno virtual
python3 -m venv .venv
source .venv/bin/activate

# Instalar en modo editable para desarrollo
pip install -e .

# Instalación global aislada en tu PATH
pipx install --editable .

2.3 Autocompletado en la Shell¶

La interfaz CLI de callahan cuenta con autocompletado nativo para comandos, flags y archivos. Para configurarlo permanentemente en tu shell:

# Configuración automática en Bash / Zsh / Fish
callahan --install-completion

# Para cargar el autocompletado en la sesión actual de inmediato:
source ./install_tools.sh

2.4 Verificación del Entorno con doctor¶

Toda herramienta del ecosistema cuenta con el subcomando unificado doctor. Ejecutalo para auditar el estado del entorno:

callahan doctor

Comprobaciones Ejecutadas por el Diagnóstico:¶

• Compilador C: Verifica disponibilidad de gcc o clang con soporte de estándares C11 y C23.

• Depurador y Core Dumps: Comprueba que gdb esté instalado y que ulimit -c permita generación de core dumps.

• Herramientas de Memoria: Valida la presencia de valgrind y librerías libasan/libubsan.

• Formateo y Estilo: Verifica el binario clang-format (versión 16+).

• Sandboxing de Kernel: Audita permisos no privilegiados de bwrap (Bubblewrap namespaces).

• Generador de Tipografía y Documentos: Comprueba typst ($\ge 0.11$) y dot (Graphviz).

Matriz de Resolución de Problemas:¶

3. Referencia Completa de Comandos CLI¶

A continuación se detallan los subcomandos principales disponibles en callahan:

4. Tutorial Paso a Paso con Ejemplos Reales¶

Caso de Estudio¶

Considerá el siguiente fragmento de código representativo:

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/*@
  @ requires \valid(v + (0 .. n-1));
  @ requires n > 0;
  @ assigns \nothing;
  @ ensures \forall integer i; 0 <= i < n ==> \result >= v[i];
  @*/
int buscar_maximo(const int *v, int n) {
    int max = v[0];
    /*@
      @ loop invariant 1 <= i <= n;
      @ loop invariant \forall integer k; 0 <= k < i ==> max >= v[k];
      @ loop assigns i, max;
      @ loop variant n - i;
      @*/
    for (int i = 1; i < n; i++) {
        if (v[i] > max) max = v[i];
    }
    return max;
}

Ejecución de la Herramienta¶

Ejecutá el análisis desde tu terminal:

callahan check <archivo.c>

Salida Obtenida en Consola¶

[WP] Proving goal buscar_maximo_ensures_1: Valid (Alt-Ergo 2.4)
[WP] Proving goal buscar_maximo_loop_invariant_1: Valid (Qed)
[WP] Proving goal buscar_maximo_loop_variant: Valid (Qed)
[✓] Todas las metas demostradas formalmente. 0 desbordes.

5. Ejercicios Prácticos y Desafíos¶

Practicá el uso avanzado de callahan resolviendo los siguientes ejercicios:

6. Integración en el Flujo de Trabajo y Makefile¶

Para incorporar callahan de forma automática a tu flujo de desarrollo, agregá la siguiente regla en el Makefile de tu proyecto:

check-callahan:
	@echo "=== Ejecutando verificación con callahan ==="
	callahan check src/ include/

.PHONY: check-callahan

Ejecutá make check-callahan antes de cada commit para mantener que tu código conserve el estado de aprobación.

7. Arquitectura Interna y Mecanismo Técnico¶

La herramienta callahan implementa un motor de alta precisión basado en:

• Tecnología Núcleo: `Frama-C Kernel 28.0 + WP Plugin (Weakest Precondition)

  • Solvers Alt-Ergo / Z3`.

• Aislamiento y Determinismo: Diseñada para operar sin efectos colaterales en entornos de integración continua (CI), terminales de estudiantes y servidores docentes headless.

• Manejo de Errores Pedagógico: Todo fallo de sintaxis, memoria o lógica se traduce en una acción prescriptiva concreta con su respectiva justificación técnica.

8. Integración y Conexión con el Ecosistema¶

Diagrama de Flujo e Interoperabilidad¶

Matriz de Intercambio de Datos¶

• dredd (oráculo formal) | Informes Markdown, diagnósticos Rich, JSON, actas | | Sincronización | weyl, daedalus, deckard | Validación cruzada, flags compartidos y autofix |

Pipeline de Integración Recomendado¶

Podés encadenar callahan con otras herramientas del ecosistema en una única línea de comando:

# Pipeline de integración típico
callahan check src/tda.c && weyl diff src/tda.c canon/tda.c

9. Extensión, Desarrollo de Plugins y API Python¶

Para crear tus propias reglas, conectores de evaluación o integrar callahan programáticamente en pipelines de CI/CD:

• 👉 Consultá la guía completa: Guía de Extensión y Creación de Plugins