Transcript オブジェクト指向プログラム変更時の 影響波及解析手法の提案 近藤 大畑 井上 大阪大学大学院 2015/11/6 和弘 文明 克郎 基礎工学研究科 ソフトウェアサイエンス研究会 発表内容    オブジェクト指向プログラムに対する影響波及解析 メンバオーバーライドグラフ (MOG), メンバアクセスグラフ(MAG) による影響波及解析 Java影響波及解析ツール (JCIA) 2015/11/6 ソフトウェアサイエンス研究会 OOプログラムに対する影響波及解析  目次     影響波及解析 影響波及解析の分類 既存手法の問題点 提案する手法 2015/11/6 ソフトウェアサイエンス研究会 影響波及解析   プログラムに対する変更において, 変更の影響を受け る部分(被影響部分)を識別するための手法 適用分野  プログラム修正時の再テスト(回帰テスト)への利用 1. 被影響部分の識別 2. 修正コンポーネントの再テスト方法の決定 3.

オブジェクト指向プログラム変更時の
影響波及解析手法の提案
近藤
大畑
井上
大阪大学大学院
2015/11/6
和弘
文明
克郎
基礎工学研究科
ソフトウェアサイエンス研究会
1
発表内容



オブジェクト指向プログラムに対する影響波及解析
メンバオーバーライドグラフ (MOG),
メンバアクセスグラフ(MAG) による影響波及解析
Java影響波及解析ツール (JCIA)
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
2
OOプログラムに対する影響波及解析

目次




影響波及解析
影響波及解析の分類
既存手法の問題点
提案する手法
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
3
影響波及解析


プログラムに対する変更において, 変更の影響を受け
る部分(被影響部分)を識別するための手法
適用分野

プログラム修正時の再テスト(回帰テスト)への利用
1. 被影響部分の識別
2. 修正コンポーネントの再テスト方法の決定
3. 再テストによる補償範囲の認識
4. テストケースの選択, 再利用, 修正, 新規作成


解析結果に基づいてテスト対象を限定することで,
適用テストケースを必要最小限に抑えることができる
プログラム理解, 保守といったより広い範囲での利用
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4
OOプログラムに対する影響波及解析

オブジェクト指向プログラムでは, 従来の手続き型プロ
グラムに比べ, 変更行った箇所以外に影響を及ぼすよ
うな変更が数多く考えられる


プログラム中のあるモジュールの修正が, 他のモジュールでの
バグの原因となることもある
メンバ単位の変更(メソッドの追加, 削除等)が行われると,
メソッドのオーバーライド, フィールドの隠蔽といったオブジェク
ト指向特有の概念により様々な影響が引き起こされる[1]
[1] D. Kung, J. Gao, P. Hsia, and F. Wen, ``Change Impact Identification in Object Oriented Software
Maintenance,'' in Proceedings of the International Conference on Software Maintenance, pp.202-211,
Victoria, Canada, September 1994.
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メソッド追加による影響波及(例)
class Student extends Person {
int id;
Collection friends;
Student(String n, int id){ ... }
void addFriend(Person p){ ... }
int getFriendCount(){ ... }
}
String toString(){ ... }
class StudentData {
Map data;
}
void add(Student s){
data.put(s.toString(), ... );
}
void output(){ ... }
実行結果の変化
2015/11/6
class Person {
String name;
}
Person(String n){ ... }
String toString(){ ... }
オーバーライド
関係の変化
推移的な
実行結果の変化
class Test {
void test1(){
Student s = new Student(“Tom”, 8);
System.out.println(s.toString());
}
void test2(){ ... }
void test3(){
StudentData data = new StudentData();
Student s = new Student(“Sam”, 19);
data.add(s);
}
}
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影響波及解析の分類(解析の粒度)

クラス単位



メンバ単位


大規模ソフトウェアにおいて有効であり, 解析も容易
クラス内のどの部分が影響を受けているのかを特定できず,
影響の予測として効果が薄い
オブジェクトの構成要素であるメンバ(メソッド, フィールド)が
解析結果となり, 直感的に理解しやすい
文単位


プログラムスライスに基づき, ある変数に影響を及ぼす文/あ
る変数が影響を及ぼす文を抽出可能
制御依存関係, データ依存関係など多くの解析が前提とな
り, 解析コストは膨大なものとなる
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影響波及解析の分類(適用分野)



回帰テスト
プログラム保守
プログラム理解
etc …
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8
1. 回帰テストへの適用

テストドライバの選択



プログラムの機能の一部を実行させるためのテスト用モジュー
ル (テストドライバ) を選択することで, 実際に適用するテスト
ケースを決定することができる[1]
変更後に再実行が必要なテストドライバ[2]
a) 変更, 削除されたメソッドをテストするドライバ
b) オーバーライド関係の変化したメソッドへの呼び出しを
テストするドライバ
影響波及解析により再実行テストドライバを限定する
[1] B. G. Ryder and F. Tip, ``Change Impact Analysis for Object-oriented Programs,'' in Proceedings
of the Workshop on Program Analysis for Software Tools and Engineering (PASTE 2001), pp.46-53,
Snowbird, USA, June, 2001.
[2] G. Rothermel and M. J. Harrold, ``A Safe, Efficient Regression Test Selection Technique,'‘ ACM
Transactions on Software Engineering and Methodology, Vol. 6, No. 2, pp.173-210, April 1997.
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1. 回帰テストへの適用(例)
class Student extends Person {
int id;
Collection friends;
Student(String n, int id){ ... }
void addFriend(Person p){ ... }
int getFriendCount(){ ... }
}
String toString(){ ... }
class StudentData {
Map data;
}
void add(Student s){
data.put(s.toString(), ... );
}
void output(){ ... }
実行結果の変化
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class Person {
String name;
}
Person(String n){ ... }
String toString(){ ... }
オーバーライド
関係の変化
推移的な
実行結果の変化
class Test {
void test1(){
Student s = new Student(“Tom”, 8);
System.out.println(s.toString());
}
void test2(){ ... }
void test3(){
StudentData data = new StudentData();
Student s = new Student(“Sam”, 19);
data.add(s);
}
}
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2. プログラム保守への適用

変更に対応するための修正個所の特定



構文的に正しい変更を行った場合, コンパイルエラーとならな
い影響(メソッド呼び出し先の変化等)が発生することがある
変更によるメソッド呼び出し先の変化は, オーバーライド関係
の変化によるもの
変更によってオーバーライド関係の変化するメンバを特
定し, それによる呼び出し先の変化を把握することは,
プログラム修正を行おうとするユーザにとって有用
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2. プログラム保守への適用(例)
class Student extends Person {
int id;
Collection friends;
Student(String n, int id){ ... }
void addFriend(Person p){ ... }
int getFriendCount(){ ... }
}
String toString(){ ... }
class StudentData {
Map data;
}
void add(Student s){
data.put(s.toString(), ... );
}
void output(){ ... }
実行結果の変化
2015/11/6
class Person {
String name;
}
Person(String n){ ... }
String toString(){ ... }
オーバーライド
関係の変化
推移的な
実行結果の変化
class Test {
void test1(){
Student s = new Student(“Tom”, 8);
System.out.println(s.toString());
}
void test2(){ ... }
void test3(){
StudentData data = new StudentData();
Student s = new Student(“Sam”, 19);
data.add(s);
}
}
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12
既存手法の問題点




オブジェクト指向プログラムで発生し得る影響は複雑
で, 変更の影響をユーザが把握することは難しい
既存の手法は回帰テストへの利用を目的としているた
め, 影響の定義が回帰テスト用に固定されている
プログラム理解, 保守といったより広い範囲での利用を
考えると, 影響の定義はユーザごとに様々で, 一意に
決定するべきものではない
手法の実装例が少ない
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提案する手法


クラスのメンバ間の関係を表現する2つのグラフ(MOG,
MAG)を利用した影響波及解析手法の提案を行う
メソッドのオーバーライド, フィールドの隠蔽を考慮した
影響波及解析の実現, およびユーザの様々な目的に
対応可能な影響の定義, 抽出を行うことができる


ソフトウェアの開発, 保守, 改良に影響波及解析を
有効利用できるシステムとして実装
対象言語Java
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14
MOG, MAGによる影響波及解析

目次



方針
MOG, MAGの定義
被影響部分の分類



直接被影響節点
間接被影響節点
探索ルールの定義とその適用例


2015/11/6
アクセス発生メンバ抽出
関係変化メンバ抽出
ソフトウェアサイエンス研究会
15
方針

様々な影響発生検出と波及のパターンを組み合わせ
て適用できる枠組みを実現するため, グラフを使用



影響の発生 ⇔ 節点, 辺の発生, 消失といったグラフの変化
影響の波及 ⇔ 様々なルールに基づくグラフ探索
メンバ間の関係を表現するグラフ


メンバオーバーライドグラフ(MOG)
メンバアクセスグラフ(MAG)
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メンバオーバーライドグラフ(MOG)

メンバ間のオーバーライド
関係を表現



メソッドオーバーライド
抽象メソッドの実装
フィールドの隠蔽
MOG節点
MOG辺
メソッド
override辺
フィールド
implement辺
hide辺
interface Life {
boolean
isAlive();
boolean
isAlive()
}
implement
class Animal
Life {
int ximplements
int x;
boolean isAlive()
boolean isAlive(){ … }
void move(int
x){ … }
void move(int)
hide
void eat(Animal x){ ... }
void eat(Animal)
}
override
class Human extends Animal {
x
dobledouble
x;
}
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void move(int
x){ ... }
void move(int)
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メンバアクセスグラフ(MAG)

メンバ間のアクセス関係
を表現


class Human extends Animal {
doublex;x
doble
メソッド, コンストラクタの use Human(){ …Human()
}
void move(int x){ this.x = x }
呼び出し
void move(int)
}
フィールドの参照
MAG節点
MAG辺
メソッド
call辺
フィールド
use辺
コンストラクタ
2015/11/6
call
class World {
Human makeHuman(){
call
return
new
Human();
Human
makeHuman()
}
call
void testHuman(){
Human h = this.makeHuman();
void testHuman()
h.move(10);
}
}
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MOG, MAGによる影響波及解析

目次



方針
MOG, MAGの構築
被影響部分の分類



直接被影響節点
間接被影響節点
探索ルールの定義とその適用例


2015/11/6
アクセス発生メンバ抽出
関係変化メンバ抽出
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19
被影響部分の分類

被影響部分の抽出

MOG, MAG の変化を調査



変更によって何らかの変化が生じたMOG節点，MAG節点
を検出し, その節点からMOG辺, MAG辺をたどることで, 被
影響部分の抽出を行う
抽出される被影響部分の単位は, プログラム上ではメンバ
(被影響メンバ), MOG，MAG上では節点(被影響節点)と
なる
ユーザの目的に応じた被影響メンバの抽出

グラフ探索の対象となる節点を分類


直接被影響節点
間接被影響節点
2015/11/6
ソフトウェアサイエンス研究会
20
直接被影響節点
直接被影響節点
D-E1 : 影響の発生元の節点

D-E2 : 辺の発生先の節点
D-E3 : 辺の発生元の節点
新たな呼び出し先が発生し,
実行結果が変化し得るメソッド
D-E4 : 辺の消失先の節点

D-E5 : 辺の消失元の節点
MOG
MAG
M5
M2
M1
M3
M7
M1
M10
F2
M9
M7
M4
M8
2015/11/6
F1
M6
M9
M4
M5
M2
F1
M6
M3
新たにオーバーライド
されるメソッド
M10
F2
M8
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21
間接被影響節点
オーバーライド先のメンバを修正
した場合に, オーバーライド関係が
変化し得るメソッド

間接被影響節点
I-E1 : 順方向の推移的な
影響波及がある節点
実行結果が変化し得るメソッドを
呼び出していることで, 推移的に
実行結果が変化し得るメソッド

I-E2 : 逆方向の推移的な
影響波及がある節点
MOG
MAG
M5
M2
F1
M6
M3
M1
M3
M7
M1
M10
F2
M9
M7
M4
M8
2015/11/6
F1
M6
M9
M4
M5
M2
M10
F2
M8
ソフトウェアサイエンス研究会
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MOG, MAGによる影響波及解析

目次



方針
MOG, MAGの構築
被影響部分の分類



直接被影響節点
間接被影響節点
探索ルールの定義とその適用例


2015/11/6
アクセス発生メンバ抽出
関係変化メンバ抽出
ソフトウェアサイエンス研究会
23
探索ルールの定義とその適用例


各被影響節点の抽出の有無を組み合わせることによ
り, ユーザの目的に応じた被影響メンバの抽出が可能
となる
グラフ探索ルールの例
R1 :
R2 :
R3 :
・・・
Rn :
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アクセス発生メンバ抽出
関係変化メンバ抽出
間接アクセスメンバ抽出
ユーザ定義の抽出ルール
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R1 : アクセス発生メンバ抽出


変更により発生した新たな実行経路上に存在する部
分を抽出する
既存の影響波及解析手法が対象としている, 回帰テ
ストでの利用を考慮した抽出パターン
直接被影響節点
D-E1 : 影響の発生元の節点
D-E2 : 辺の発生先の節点
D-E3 : 辺の発生元の節点
D-E4 : 辺の消失先の節点
D-E5 : 辺の消失元の節点
2015/11/6

MOGの探索ルール
MAGの探索ルール
間接被影響節点
I-E1 : 順方向の推移的な
影響波及がある節点
I-E2 : 逆方向の推移的な
影響波及がある節点
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メソッド追加による影響波及(例)
class Student extends Person {
int id;
Collection friends;
Student(String n, int id){ ... }
void addFriend(Person p){ ... }
int getFriendCount(){ ... }
}
String toString(){ ... }
class StudentData {
Map data;
}
void add(Student s){
data.put(s.toString(), ... );
}
void output(){ ... }
2015/11/6
class Person {
String name;
}
Person(String n){ ... }
String toString(){ ... }
class Test {
void test1(){
Student s = new Student(“Tom”, 8);
System.out.println(s.toString());
}
void test2(){ ... }
void test3(){
StudentData data = new StudentData();
Student s = new Student(“Sam”, 19);
data.add(s);
}
}
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R1 : アクセス発生メンバ抽出 (MAGの探
索)
MAG
Person
Person()
Student
String toString()
Test
Student()
void test1()
void addFriend(Person)
void test2()
int getFriendCount()
String toString()
StudentData
void test3()
StudentData()
void add(Student)
void output()
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ソフトウェアサイエンス研究会
27
R2 : 関係変化メンバ抽出


オーバライド関係の変化, およびそれに伴うアクセス関
係の変化が発生するメンバを全て抽出する
プログラム変更によるメンバ間の関係変化を把握し,
変更に対応するべき修正個所を識別するために有効
直接被影響節点
D-E1 : 影響の発生元の節点
D-E2 : 辺の発生先の節点
D-E3 : 辺の発生元の節点
D-E4 : 辺の消失先の節点
D-E5 : 辺の消失元の節点
2015/11/6

MOGの探索ルール
MAGの探索ルール
間接被影響節点
I-E1 : 順方向の推移的な
影響波及がある節点
I-E2 : 逆方向の推移的な
影響波及がある節点
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28
R2 : 関係変化メンバ抽出 (MOGの探
索)
MAG
MOG
Person
Person()
Student
String toString()
Test
Student()
void test1()
void addFriend(Person)
void test2()
int getFriendCount()
String toString()
StudentData
void test3()
StudentData()
void add(Student)
void output()
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R2 : 関係変化メンバ抽出 (MAGの探索)
MAG
Person
Person()
Student
String toString()
Test
Student()
void test1()
void addFriend(Person)
void test2()
int getFriendCount()
String toString()
StudentData
void test3()
StudentData()
void add(Student)
void output()
2015/11/6
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Java影響波及解析ツール (JCIA)



ツールの機能
ツール構成
ツール使用例
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ツールの機能

被影響メンバの抽出, 表示


抽出結果のフィルタリング


ユーザによって指定された探索ルールを適用し, 被影響メン
バの抽出および表示を行う
複数の探索ルールの組み合わせによる被影響メンバの抽出
を行う場合, ルールごとにフィルタリングして抽出結果の表示
を行う
アクセス関係の表示


指定メンバに関し, アクセスする可能性のあるメンバ, アクセ
スされる可能性のあるメンバを表示する
間接的なアクセスに関しては, その深さを指定できる
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ツール構成
解析
グラフ管理部
意味解析部
構文解析部
構築
グラフ
ソースファイル
変更頂点取得
走査
変更
変更管理部
変更解析部
変更取得
グラフ走査部
結果取得
影響波及情報取得 / 解析要求
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UI
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ツール使用例
JCIA
ソースファイル

ソースファイルを解析し
 変更のあったソースファイルを
グラフを構築する
解析しグラフを再構築
 指定探索ルールに従って
被影響メンバを抽出する

ソースファイルを変更する
 被影響メンバを表示する
グラフ

グラフ探索ルールを指定し
グラフ構築を要求する
解析の実行を要求する
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まとめと今後の課題

まとめ



Javaを対象言語とした影響波及解析手法の提案と,
開発中のJava影響波及解析ツールの紹介を行った
グラフに基づいて, 変更の検出および被影響部分の探索を
行うことで, ユーザの目的に応じた様々な解析結果を取得
することができる
今後の課題



GUIの実装によるシステム構築
対応可能な変更の種類の拡張
ツールの有効性評価
2015/11/6
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