Transcript クローン検出ツールを用いた ソースコード分析ツールの試作 植田 泰士*，神谷年洋**，楠本真二*，井上克郎* * 大阪大学 大学院基礎工学研究科 情報数理系専攻 ** 科学技術振興事業団 若手個人研究推進事業 2015/11/6 ソフトウェアサイエンス研究会 研究の背景(1/2)  ソースコード中に類似したコード片があるとき、 それらをコードクローンという クローンペア クローンクラス 2015/11/6 ソフトウェアサイエンス研究会 研究の背景 (2/2)  コードクローンはソフトウェア保守を困難にする  コードクローンにフォールトがあった場合、 すべてのコードクローンについて修正を 行わなければならない  我々の研究室ではコードクローン検出ツール CCFinderを開発している 検出結果はクローンペアの位置情報のみであり その結果を直感的に理解することは困難 2015/11/6 ソフトウェアサイエンス研究会.

クローン検出ツールを用いた
ソースコード分析ツールの試作
植田 泰士*，神谷年洋**，楠本真二*，井上克郎*
* 大阪大学 大学院基礎工学研究科 情報数理系専攻
** 科学技術振興事業団 若手個人研究推進事業
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
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研究の背景(1/2)
 ソースコード中に類似したコード片があるとき、
それらをコードクローンという
クローンペア
クローンクラス
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
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研究の背景
(2/2)
 コードクローンはソフトウェア保守を困難にする

コードクローンにフォールトがあった場合、
すべてのコードクローンについて修正を
行わなければならない
 我々の研究室ではコードクローン検出ツール
CCFinderを開発している
検出結果はクローンペアの位置情報のみであり
その結果を直感的に理解することは困難
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
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目的
 CCFinderの検出結果を用いてソース
コードを分析するGUIシステムの試作を
行う
 プログラム演習に適用実験を行い
システムの有効性を確認する
2015/11/6
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CCFinderの特徴
 ソースコードをトークン単位で直接比較することによ
りクローンを検出
 数百万行規模のシステムにも実用時間で解析可能
 ユーザー定義名の置き換え
 実用的に意味のあるクローンのみを検出
 名前空間の正規化
 テーブル初期化部分を取り除く
 モジュールの区切りを認識する
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CCFinderの処理概要
ソースコード
CCfinder
字句解析
トークン列
変換処理
変換後トークン列
検出処理
クローン情報
出力整形処理
2015/11/6
クローンペア位置情報
ソフトウェアサイエンス研究会
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CCFinderの処理概要
1. static void foo (
ソースコード
字句解析
) throws RESyntaxException {
1. static void foo() throws RESyntaxException {
[ ] = new String [ ] { "123,400" , "abc" , "orange 100" } ;
2.
String
a[] = new String [] { "123,400", "abc", "orange 100" };
3.3.org .org.apache.regexp.RE
apache . regexp . RE patpat= =new
org org.apache.regexp.RE("[0-9,]+");
. apache . regexp . RE ( "[0-9,]+" )
new
4.4.int sum
0 =; 0;
int=sum
5.5.for ( for
int (int
i i= = 00; i; < ia.length;
< a . ++i)
length ; ++ i )
6.6.if ( pat
. match ( a [ i ] ) )
if (pat.match(a[i]))
7.7.sum += Sample
. parseNumber
( pat . getParen ( 0 ) ) ;
sum +=
Sample.parseNumber(pat.getParen(0));
+ sum);
8.8.SystemSystem.out.println("sum
. out . println ( "sum = " =+ "sum
) ;
9.9.} }
10.staticstatic
void( goo(String
RESyntaxException
{
10.
void goo
String a [ []] a)) throws
throws RESyntaxException
{
11.
= new
RE("[0-9,]+");
11.
RE expRE
= exp
new RE
( "[0-9,]+"
) ;
12.int sumint= sum
12.
0 ;= 0;
13. for (int i = 0; i < a.length; ++i)
13. for ( int i = 0 ; i < a . length ; ++ i )
14.
if (exp.match(a[i]))
14. if ( exp . match ( a [ i ] ) )
15.
sum += parseNumber(exp.getParen(0));
15. sum += parseNumber ( exp . getParen ( 0 ) ) ;
16. System.out.println("sum = " + sum);
16. System . out . println ( "sum = " + sum ) ;
17. }
2. String a
;
トークン列
変換処理
変換後トークン列
検出処理
クローン情報
出力整形処理
17. }
クローンペア位置情報
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
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CCFinderの処理概要
ソースコード
字句解析
1. static void
$p $pfoo ( ( ) ) throws
throws$pRESyntaxException
{
{
2. String
$p $p a [ [ ] ] = =newnew$pString
[ ] [ { ] $u{ "123,400"
}$u ; } ; , "abc" , "orange 100" }
;
3. RE
org
$p pat
$p. apache
= new RE
$p
. regexp
( "[0-9,]+"
$p . ) RE; )pat ; = new org . apache . regexp . RE ( "[0-9,]+" )
;
トークン列
4. int
$p sum
$p == $p0 ;;
5. for ( int
$p $p
i = $p
0 ; $p
i < $p
a . length
$p ; ++
; ++
$p i)
6. if
)
変換処理
( pat
$p . match
$p ( ($p a [ [$p i ] ] ) ) ) )
7. sum
$p +=
+= $p
Sample
. $p. parseNumber
( $p . $p ( ( pat$p . ) getParen
) ; (
8. System
$p . $p
. out
. $p
. println
( $p (+ "sum
$p =) " ;+ sum )
0
)
)
;
;
変換後トークン列
9. }
10. static void
$p $pgoo ( ( $pString
$p [a ][
)] throws
) throws
$p RESyntaxException
{
{
11. RE
$p exp
$p == new
new $p
RE (( $p
"[0-9,]+"
) ; )
;
検出処理
12. int
$p sum
$p == $p0 ;;
13. for ( int
$p $p
i = $p
0 ; $p
i < $p
a . length
$p ; ++
; ++
$p i)
14. if
( exp
$p . . $p
match( $p
( a[ $p
[ i]
])
))
クローン情報
)
)
15. sum
$p +=
+= $p
parseNumber
$p . . $p
parseNumber
( ( $pexp. (.$pgetParen
exp( $p
. getParen
)( 0) );(
16. System
$p . $p
. out
. $p
. println
( $p (+ "sum
$p =) " ;+ sum )
)0 ;)
)
;
出力整形処理
;
17. }
クローンペア位置情報
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CCFinderの処理概要
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*
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
ソースコード
字句解析
トークン列
変換処理
変換後トークン列
検出処理
クローン情報
出力整形処理
クローンペア位置情報
9
CCFinderの処理概要
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
static void foo() throws RESyntaxException {
String a[] = new String [] { "123,400", "abc", "orange 100" };
org.apache.regexp.RE pat = new org.apache.regexp.RE("[0-9,]+");
int sum = 0;
for (int i = 0; i < a.length; ++i)
if (pat.match(a[i]))
sum += Sample.parseNumber(pat.getParen(0));
System.out.println("sum = " + sum);
}
static void goo(String [] a) throws RESyntaxException {
RE exp = new RE("[0-9,]+");
int sum = 0;
for (int i = 0; i < a.length; ++i)
if (exp.match(a[i]))
sum += parseNumber(exp.getParen(0));
System.out.println("sum = " + sum);
}
ソースコード
字句解析
トークン列
変換処理
変換後トークン列
検出処理
クローン情報
出力整形処理
クローンペア位置情報
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
10
CCFinderの出力
テキストベースのクローンペア
の位置情報とソースコードだけ
から分析を行うのは困難
解析ファイル番号
#version: ccfinder 3.1
#langspec: JAVA
#option: -b 30,1
#option: -k +
#option: -r abcdfikmnprsv
#option: -c wfg
#begin{file description}
0 52 C:\Gemini.java
1 94 C:\GeneralManager.java
:
:
#end{file description}
0番ファイルの53～63行目と
10番ファイルの542～553行目
がコードクローンとして検出
#begin{clone}
0 53,9 63,13 10 542,9 553,13 35
1 53,9 63,13 10 624,9 633,13 35
2 124,9 152,31 2 154,9 216,51 42
:
:
#end{clone}
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
11
分析ツールの構成
クローン散布図
ソースコード
コードクローン検出部
クローンペア
管理部
メトリクスグラフ
クローンクラス
管理部
ソースコードビュー
ユーザ
ソースコード管理部
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
12
分析ツールの機能
クローンペアの位置情報を散布図で表現




類似率に基づくソート機能
指定クローンペア集合のソースコードを比較する
クローンを持たないファイルを散布図から取り除く
ズーム機能
クローンクラスに関するソフトウェアメトリク
スの算出とグラフ表示


指定クローンクラスのソースコードを比較する
フィルタリング機能
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
13
クローン散布図表示機能(1/3)
 原点は左上角
 水平軸,垂直軸には共に同じ順





で同じ要素を並べる
各座標で一致している部分に
点をプロット
コードクローンとなっている部
分は直線として現れる
対角線は自己比較なので
一本の直線が引かれる
分布状態は対角線に線対称
実際のGUI上では行単位で描
画するので対角線に平行でな
い直線も現れる
2015/11/6
A,2,
1,
B,3,C,・・・
・・・: 行番号
: トークン
A B
1
2 C
3 A
4 B
5 X6 Y7 C8 A9 10
B
1A
●
2B
●
●
3C
4A
●
●
●
5B
●
●
●
●
●
6X
●
7Y
8C
9A
10
B
ソフトウェアサイエンス研究会
●
●
●
●
●
●
●
●
14
クローン散布図表示機能(2/3)
座標軸上に単純にファイル
を並べる（辞書順等）
f1
●
f1
f3
f4
f5
f6
●
●
●
●
クローンペアの分布が
散布図上で分散し
どこに注目すべきなのか
判断が難しい
f2
●
●
●
●
●
●
f2
●
●
●
●
f3
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
f4
●
●
分布状態ができる限り
密集する順でファイルを
並べる必要がある
2015/11/6
f5
●
●
●
●
●
f6
●
●
ソフトウェアサイエンス研究会
●
●
●
●
●
●
●
15
クローン散布図表示機能(3/3)
 ファイル配置順のソート機能
あるファイルfの位置が確定すればそ
の隣には,位置が未確定な残りのファイ
ル集合から,fに対し最も類似率の高い
ファイルを並べる
ソート基準はファイル間類似率
あるファイルが対象ファイルによっ
てコードクローンでどれだけカバー
されているか
f1
●
f1
f2
f6
●
f4
f5
f5
f2
f6
f4
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
f2
f6
f3
●
●
●
●
●
f3
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
先頭のファイルの決定，もしくは最も
●
●
●
高い類似率でも0である場合には，残り
f5
の解析対象ファイル全体に関してコード f2
クローンで占められるカバー率を用いる
f6
f4
2015/11/6
●
f4
f5
●
●
●
●
●
●
●
●
ソフトウェアサイエンス研究会
●
●
●
●
●
●
●
16
クローン散布図の表示例
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
17
分析ツールの機能
クローンペアの位置情報を散布図で表現




類似率に基づくソート機能
指定クローンペア集合のソースコードを比較する
クローンを持たないファイルを散布図から取り除く
ズーム機能
クローンクラスに関するソフトウェアメトリク
スの算出とグラフ表示


指定クローンクラスのソースコードを比較する
フィルタリング機能
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
18
クローンクラスに関するメトリクス(1/2)
 LEN(C):クローンクラスC内の1コード片のトークン数
 POP(C):クローンクラスC内の要素数
 DFL(C):クローンクラスCを1サブルーチンに
まとめた場合のコード減少量の予測値
=（再構築対象コードサイズ）-（再構築後コードサイズ）
サブルーチン
サブルーチンコールに置き換え
DFL値
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
19
クローンクラスに関するメトリクス(2/2)
 RAD(C):ファイルシステム内にクローンクラスC内の
要素がどれだけ分散しているか
ディレクトリ
ファイル
コード片
b
a
d
a
2015/11/6
c
d
c
b
b
RAD(a) = 2
RAD(b) = 3
RAD(c) = 0
RAD(d) = 1
ソフトウェアサイエンス研究会
20
クローンクラス管理部の表示例
 パラレルコーディネーショングラフ(多次元平行座標)
各メトリクス値の警戒
範囲を指定することに
よりクローンクラスの
選択を行う
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
21
適用実験概要
 大学のプログラム演習*において作成された
プログラムのソースコードに適用





Pascal風言語ソースコードをCASLへ変換するコンパイラを作成
Ｃ言語で開発
課題１：構文チェッカ（Parser）
課題２：意味チェッカ（Checker）
課題３：コンパイラ（SPC）
課題1→2，2→3では積極的に再利用して拡張することが望まれる
計76人分(約38万行)のソースコードを利用
*受講対象は大阪大学基礎工学部情報科学科3年生
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
22
適用結果-散布図(1/2)
 類似プログラムの検出


A
A
A
B
A
AChecker
B
SPC
Parser

1区切り：1個人
最小一致トークン数:30
各個人内で課題順に配置
A
A AB
Parser

ソートにより要分析領域は
大幅に縮小
A
容易に類似性を判断可能
B
SPC

Checker
A
2015/11/6
B
ソフトウェアサイエンス研究会
23
適用結果-散布図(2/2)
3課題を通した再利用性
(原点から順にParser,Checker,SPC)
 課題1-2間:平均7.5%の再利用
 課題2-3間:平均30.3%の再利用
課題1-2間での再利用が最も低い例
2015/11/6
課題1-2間での再利用が最も高い例
ソフトウェアサイエンス研究会
24
適用結果-メトリクスグラフ(1/2)
DFL値が高いクローンクラスを持つ人物

拡張時にモジュール整理をほとんど行っていない者を特定
ほぼ同じ処理
の繰り返し
ソースコード
全体へ分散
さらに分散
(原点から順にParser, Checker, SPC)
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
25
適用結果-メトリクスグラフ(2/2)
RAD,POP値が共に高いクローンクラス

多くの人に頻繁に使われたコードパターン
(例)
構文解析部の「変数宣言の並び」と
「仮パラメータの並び」に関する処理のコードクローン
与えられた仕様の構文定義が全く同じであった
「変数宣言の並び」 =変数名の並び “:” 型 {変数名の並び “:”
型}
「仮パラメータの並び」=変数名の並び “:” 型 {変数名の並び “:”
処理的意味が異なるので一概に1ルーチンに
型}
再構築すべきであるとは言えない例
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
26
まとめ
ソースコード分析ツールを試作した
演習に適用する中で有効性を確認
クローン分析における散布図ソート機能の
有効性
 メトリクスグラフから特徴あるコード片集合
を容易に抽出

2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
27
今後の課題
メトリクス値の散布図への反映
含んでいる構文によりクローンペア，クロー
ンクラスを分類表示
コードクローンとバグとの相関
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
28
参考：Suffix-treeによるマッチングアルゴリズム
以下の条件を満たす木
(1)木の葉は部分文字列の開始位置
(2)根から葉までラベルをたどると部
分文字列になる
(3)ひとつの節点から出る辺のラベル
はすべて異なる文字で始まる
→共通のパス＝クローン
xyxyz% 1
xyz% 2
y
x
1 2 3 4 5 6 7
y
x x y x y z %
1 x *
z%
2 x * *
3 y
*
4 x * *
*
%
5 y
*
*
6 z
*
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
7 %
*
xyz%
z%
4
3
z%
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7
x x y x y z%
29
参考 : モジュール整理

拡張時にモジュール整理を的確に行った者と,
ほとんど行っていない者
ほぼ同じ処理
の繰り返し
ほぼ同じ処理
の繰り返し
ソースコード
全体へ分散
1サブルーチン
に再構築
さらに分散
モジュール整理が的確に行えた例
2015/11/6
モジュール整理が行えていない例
ソフトウェアサイエンス研究会
30