Program Equivalence by Circular Reasoning
Résumé
We propose a logic and a deductive system for stating and automatically proving the equivalence of programs in deterministic languages having a rewriting-based operational semantics. The deductive system is circular in nature and is proved sound and weakly complete; together, these results say that, when it terminates, our system correctly solves the program-equivalence problem as we state it. We show that our approach is suitable for proving the equivalence of both terminating and non-terminating programs, and also the equivalence of both concrete and symbolic programs. The latter are programs in which some statements or expressions are symbolic variables. By proving the equivalence between symbolic programs, one proves in one shot the equivalence of (possibly, infinitely) many concrete programs obtained by replacing the variables by concrete statements or expressions. We also report on a prototype implementation of the proposed deductive system in the K Framework.
Nous proposons une logique et un système déductif pour exprimer et prouver automatiquement l'équivalence de programmes dans des langages déterministes munis de sémantiques opérationnelles définies par réécriture. Le système déductif proposé est de nature circulaire; nous démontrons qu'il est correct et faiblement complet. Ces deux résultats signifient que, lorsqu'il termine, notre système résout correctement le problème d'équivalence de programmes tels que nous l'avons posé. Nous montrons que ce système fonctionne autant pour des programmes qui terminent que pour des programmes qui ne terminent pas. Les programmes dits symboliques, dans lesquels certaines expressions ou instructions restent non-interprétés, peuvent également être traités par notre approche. La démonstration d'une équivalence entre deux programmes symboliques revient à démontrer l'équivalence entre une infinité potentielle de programmes concrets, qui sont des instances des programmes symboliques obtenues en remplaçant les variables symboliques par des instructions ou des expressions concrètes. Enfin, nous décrivons une implémentation prototype de notre système déductif dans la "K framework".
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