Eine integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) unterstützt nahezu alle Aspekte moderner Softwareentwicklung. Neben den klassischen Anwendungsfällen wie das Schreiben, Ausführen und Debuggen von Quellcode, fungiert sie auch als Schnittstelle zu allen anderen Werkzeugen, die im Entwicklungsprozess eingebunden sind. Dies sind z. B. Versionsverwaltungs- oder Anwendungsmanagementsysteme.

Unabhängig vom verwendeten Entwicklungsprozess sind die Techniken, um fehlerfreie Software zu entwickeln, immer die gleichen. Das Ziel ist es Fehler so früh wie möglich zu finden, denn je eher ein Fehler gefunden wird, desto einfacher und günstiger ist er zu beheben. An erster Stelle verhindern Programmiersprachen gewisse Arten von Fehlern. Sobald etwas geschrieben wurde, ist ein Review ein effektives Werkzeug, um Fehler zu finden und die Qualität zu erhöhen. Eine statische Analyse kann gewisse Fehler ebenfalls automatisch finden. Das ausgewählte Szenarien richtig funktionieren, wird durch Tests sichergestellt. Ein Test kann jedoch nur die Gegenwart und nicht die Abwesenheit eines Fehlers zeigen. Um sicherzustellen, dass ein Programm richtig ist, muss gezeigt werden, dass es einer formalen Spezifikation, welche das gewünschte Verhalten beschreibt, entspricht. Dies wird mittels formaler Verifikation erreicht. Sobald ein Fehler gefunden wurde, muss dessen Ursache schließlich durch Debuggen gefunden werden.

Diese Arbeit erweitert das Softwareentwicklungs-Portfolio um einen interaktiven Debugger basierend auf symbolischer Programmausführung, eine Technik die alle möglichen Programmausführungspfade bis zu einer gegebenen Tiefe zeitgleich erkundet. Der resultierende Debugger kann nicht nur für klassische Debugging-Aktivitäten verwendet werden, sondern auch für Reviews oder um Ergebnisse einer Analyse basierend auf symbolischer Programmausführung darzustellen. Im Rahmen dieser Arbeit wird die symbolische Programmausführung erweitert, um das gesamte Programmverhalten auch in Gegenwart von Schleifen und rekursiven Methodenaufrufen zu erkunden. Dies wird durch die Integration von Spezifikationen in Form von Schleifeninvarianten und Methodenverträgen erreicht. Ebenfalls wird gezeigt, wie solch eine symbolische Ausführungseinheit basierend auf Verifikations-Beweisen realisiert werden kann.

Zusätzlich wird der Symbolic Execution Debugger (SED) vorgestellt, welcher die Eclipse Plattform für Debugger basierend auf symbolischer Programmausführung vorbereitet. Die Funktionalität geht dabei über die traditioneller Debugger hinaus, z. B. kann das Debuggen direkt bei jeder beliebigen Methode oder Anweisung beginnen. Ebenso werden alle möglichen Programmausführungspfade zeitgleich erkundet. Um das Programmverstehen zu erhöhen, werden Ausführungspfade und Zustände visualisiert. Standardmäßig stellt der SED eine symbolische Ausführungseinheit basierend auf dem Verifikationssystem KeY zur Verfügung. Ein statistischer Nachweis, dass der SED die Effektivität von Reviews erhöht, wird durch ein kontrolliertes Experiment erbracht.

Eine weitere Neuheit des SED ist, das beliebige Verifikationsbeweise inspiziert werden können. Während traditionelle Benutzeroberflächen von Verifikationswerkzeugen einen Beweis aus mathematischer Sicht präsentieren, analysiert der SED den gesamten Beweis und präsentiert unterschiedliche Aspekte mittels verschiedener Sichten. Ein kontrolliertes Experiment weist durch einen Vergleich mit der originalen Benutzeroberfläche von KeY nach, dass das Beweisverstehen durch den SED erhöht wird.

Der SED ermöglicht mit dem darunterliegenden Beweiser durch Anpassung des Quellcodes und dessen Spezifikationen zu interagieren. Dies schafft das Bedürfnis, Beweise direkt innerhalb der IDE zu verwalten. Dazu wird ein Konzept präsentiert, welches ein semi-automatisches Verifikationswerkzeug in eine IDE integriert. Es beinhaltet mehrere Optimierungen, um die Zeit der Beweisführung zu reduzieren. Zusätzlich kann es ohne Anpassung des Verifikationswerkzeugs realisiert werden. Eine optimale Benutzererfahrung wird jedoch nur erreicht, wenn alle Aspekte der Verifikation direkt von der IDE unterstützt werden. Deshalb wird eine vollständige Integration von KeY in Eclipse vorgestellt, welche beispielsweise zusätzlich zum Beweismanagement auch das Schreiben von JML-Spezifikationen und das Bereitstellen der benötigten Infrastruktur zum Beweisen mit KeY unterstützt.

Insgesamt wird eine Plattform für Werkzeuge basierend auf symbolischer Programmausführung und verwandt zur Verifikation vorgestellt, welche eine nahtlose Integration in eine IDE und eine gemeinsame Nutzung fördert. Viele Aspekte, wie z. B. die Art wie Beweise im SED dem Benutzer dargestellt werden, helfen die Barrieren beim Einsatz formaler Methoden zu reduzieren.