Software Engineering Laboratory, Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 情報検索技術に基づく 関数クローン検出を用いた 変更管理システムの開発 佐野 真夢 1, 吉田 則裕 2, 春名 修介 1, 井上 克郎 1 1 大阪大学 2 名古屋大学

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University コードクローン 同一または類似した部分を持つコード片の こと – ソースコードのコピーアンドペーストなどによ り生じる ソフトウェアの保守コストを大きくする要 因 2 クローン セット 他のコードクローンにも バグがあるかもしれない あるコード片に バグがあれば あるコード片に バグがあれば コードク ローン 調査の手間

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University クローンの分類 [1] 3 [1] Roy et, al., Comparison and Evaluation of Code Clone Detection Techniques and Tools: A Qualitative Approach, Science of Computer Programming, 2009 分類定義 タイプ 1 空白, コメント等のコーディングスタイルを除いて完 全に 一致している タイプ 2 タイプ 1 に加え, ユーザ定義名や型の違いを除いて構 文上 一致している タイプ 3 タイプ 2 に加え, 文が挿入・変更・削除されている タイプ 4 構文上は異なる実装だが, 同一処理を実行している 各タイプに応じたクローン検出ツールが存在している

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University クローンの分類（タイプ 3 ） 4 種類意味 タイプ 1 空白, コメント等のコーディングスタイルを除いて完全に一致している タイプ 2 タイプ 1 に加え, ユーザ定義名や型の違いを除いて構文上一致している タイプ 3 タイプ 2 に加え, 文が挿入・変更・削除されている タイプ 4 構文上は異なる実装だが, 同一処理を実行している int sum(int[] data){ int sum = 0; for(int i=0;i<data.length;i++){ sum = sum + data[i]; } return sum; } int sum(int[] data){ int sum = 0; for(int i=0;i<data.length;i++){ sum += data[i]; } return sum; } 4 行目の文が異なる

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University クローンの分類（タイプ 4 ） 5 種類意味 タイプ 1 空白, コメント等のコーディングスタイルを除いて完全に一致している タイプ 2 タイプ 1 に加え, ユーザ定義名や型の違いを除いて構文上一致している タイプ 3 タイプ 2 に加え, 文が挿入・変更・削除されている タイプ 4 構文上は異なる実装だが, 同一処理を実行している int sum(int[] data){ int sum = 0; for(int i=0;i<data.length;i++){ sum = sum + data[i]; } return sum; } int sum(int[] data){ int sum = 0,i=0; while(i<data.length){ sum += data[i]; i++; } return sum; } for 文と while 文で実装が異なる

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University クローンの変更管理の必要性 クローンを修正する場合, 他クローンの同時 修正を検討する必要がある 大規模なソフトウェアほど多くのクローン を含む – 修正の度に, クローンを検出し, 手作業で修正さ れたかどうか調査するのは非効率 6 コードクローン変更を自動管理するシステムが必要

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University ※タイプ 1, 2 CloneNotifier [2] クローンの同時修正を支援するための変更管理シス テム 7 版管理システ ム ソースコードの 取得 変更情報に基づき コードクローンを分 類 コードクローンの検 出 コードクローン 変更管理システム クローン検出ツー ル CCFinder 開発者 コードクローン の分類結果の提 示 [2] 山中ら, コードクローン変更管理システムの開発と実プロジェクトへの適用, 情報処理学会論文誌, 変更された コードクローンを把 握 変更された コードクローンを把 握

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 問題点 CloneNotifier はタイプ 3, 4 のクローンを検出できな い – 文の挿入, 削除, 変更が行われたクローン – 構文上の実装は異なるが, 処理が同じクローン 同時修正の際には, これらも確認すべき 8 void AscendingSort(int list[]) { for(i = 0; i < n-1; i++) for(j = n-1; j > i; j--) if(list[j+1] > list[j]) { temp = list[j]; list[j] = list[j-1]; list[j-1] = temp; } 修正 : if(list[j-1] > list[j]) { void DescendingSort(int list[]) { for(i = 0; i < n-1; i++) for(j = n-1; j > i; j--) if(list[j+1] < list[j]) { temp = list[j]; list[j] = list[j-1]; list[j-1] = temp; } 修正 : if(list[j-1] < list[j]) { 検出できない同時修正の例（タイプ 3 ） 比較対象のミス × j+1 → ○ j-1 比較演算子が異なる → タイプ 3

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 000 山中らのクローン検出ツール [3] テキストマイニング技術を利用したクローン検出ツール 関数単位でクローンを検出する タイプ 1 ～ 4 の全てのクローンを高速に検出可能 9 [3] 山中ら, 情報検索技術に基づく高速な関数クローン検出, 情報処理学会論文誌, ワード回数 xxx2 yyy4 ・・・ ワード回数 xxx3 yyy2 ・・・ Function A Function B ソースコード 入力 ワード抽出 特徴ベクトル 計算 クラスタリング Function A Function B Function A Function B Function A Function B Function C Function D Function E Function C Function D Function E 類似度関数対クローン 0.95 Function A Function B 0.70 Function C Function D 0.70 Function C Function E 0.90 Function D Function E ・・・ クローン検出

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 研究概要 山中らのクローン検出ツールを利用し, 新し い クローン変更管理システムを開発 – 従来の CloneNotifier を改変する形で実装 クローン検出ツール CCFinder を山中らのクローン検 出ツールに置換 クローン（関数）の位置特定処理の追加 – 山中らの検出ツールがクローンの位置情報を出力しないた め 開発したシステムの評価実験 10

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 評価実験 新 CloneNotifier が, 従来の CloneNotifier では 検出できない事例を実際に検出できるか調査 – 新 CloneNotifier ： 山中らの検出ツールを使用（タイプ 1 ～ 4 ） – 従来の CloneNotifier ： CCFinder を使用（タイプ 1 ～ 2 ） 調査対象 –PostgreSQL [4] OSS のデータベース管理システム（ C 言語） 2005/01/01 ～ 2005/06/30 の 6 ヶ月間 1 週間単位で区切り 11 [4]

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 評価手順 1. 各期間内の新・旧プロジェクトを取得し, 新 CloneNotifier を 適用した結果を得る – 得られる結果は変更があったクローンセットの集合 – 旧 : 各期間内の一番古い状態, 新 : 各期間内での最新状態 2. 結果から実際にコードに対する修正が行われた事例のみ を抽出する（手動） – クローン自体の追加・削除・移動を除外 3. さらに, 従来の CloneNotifier で検出できない事例（タイプ 3, 4 への修正）を抽出し, 一貫した修正か否かを分類する 12

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 評価結果 (1/2) 13 従来 CloneNotifier で は 検出不可 従来 CloneNotifier で も 検出可能 合計 新 CloneNotifier で検出されたクローンセット修正事例の数 約 1/3 が従来の CloneNotifier では検出できない 事例であった

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 評価結果 (2/2) 14 一貫し た 修正 非一貫し た 修正 他に適用 不能な修 正 整形 コメントの み 合計 従来の CloneNotifer で検出できない有用な修正事例の数 一貫した修正 = クローンセットの全クローンが対象の場合のみ 非一貫した修正 = 1 つでも一貫修正がなく, かつ一部でも適用可能な修正があれば 他に適用不能 = 明らかに適用できない or する必要が無い 従来の CloneNotifier で検出できない 89 件の 有用なクローン修正事例を検出できた 従来の CloneNotifier で検出できない 89 件の 有用なクローン修正事例を検出できた

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 有用な事例（一貫した修正 1 ） 15 src/backend/access/common/printtup.cprinttup src/backend/access/common/printtup.cprinttup_internal_20 printtup(HeapTuple tuple, TupleDesc typeinfo,...) {... heap_deformtuple(...)... for(i=0;i<natts;++i) {... Datum origattr = myState->values[i], attr; if(myState->nulls[i] == 'n') { pq_sendint(&buf,-1,4); continue; }... } printtup_internal_20(HeapTuple tuple, TupleDesc typeinfo,...) {... heap_deformtuple(...)... for(i=0;i<natts;++i) { if(myState->nulls[i] != 'n') j |= k;... }... for(i=0;i<natts;++i) {... Datum origattr = myState->values[i], attr; bytea *outputbytes; if(myState->nulls[i] == 'n') continue; }... } 修正前 Changed Cloneset 2005/03/12 → 2005/03/18 for ブロックの 有無 局所変数が多い 呼出し関数 がある 呼出し関数 がある タイプ 3

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 有用な事例（一貫した修正 1 ） 16 src/backend/access/common/printtup.cprinttup src/backend/access/common/printtup.cprinttup_internal_20 printtup(TupleTableSlot *slot,...) { TupleDesc typeinfo =...;... slot_getallattrs(slot);... for(i=0;i<natts;++i) {... Datum origattr = slot->tts_values[i], attr; if(slot->tts_isnull[i]) { pq_sendint(&buf,-1,4); continue; }... } printtup_internal_20(TupleTableSlot *slot,...) { TupleDesc typeinfo =...;... slot_getallattrs(slot);... for(i=0;i<natts;++i) { if(slot->tts_isnull[i]) j |= k;... }... for(i=0;i<natts;++i) {... Datum origattr = slot->tts_values[i], attr; bytea *outputbytes; if(slot->tts_isnull[i]) continue; }... } 修正後 Changed Cloneset 引数の変更 null チェックの 方法を変更 変数・関数 呼出しの追加 参照先の変更 タイプ /03/12 → 2005/03/18

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 有用な事例（一貫した修正 2 ） 17 src/backend/utils/adt/nabstime.ctimepl src/backend/utils/adt/nabstime.ctimemi 修正前 Changed Cloneset 2005/05/21 → 2005/05/27 timepl(PG_FUNCTION_ARGS) {... if(AbsoluteTimeIsReal(t1) && RelativeTimeIsValid(t2) && ((t2 > 0) ? (t1 < NOEND_ABSTIME - t2) : (t1 > NOSTART_ABSTIME - t2)))... } timemi(PG_FUNCTION_ARGS) {... if(AbsoluteTimeIsReal(t1) && RelativeTimeIsValid(t2) && ((t2 > 0) ? (t1 > NOSTART_ABSTIME + t2) : (t1 < NOEND_ABSTIME + t2)))... } 比較の向き が異なる 比較の向き が異なる タイプ 3 演算子が異なる

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 有用な事例（一貫した修正 2 ） 18 src/backend/utils/adt/nabstime.ctimepl src/backend/utils/adt/nabstime.ctimemi 修正後 Changed Cloneset 2005/05/21 → 2005/05/27 timepl(PG_FUNCTION_ARGS) {... if(AbsoluteTimeIsReal(t1) && RelativeTimeIsValid(t2) && ((t2 > 0 && t1 < NOEND_ABSTIME - t2) || (t2 NOSTART_ABSTIME - t2)))... } timemi(PG_FUNCTION_ARGS) {... if(AbsoluteTimeIsReal(t1) && RelativeTimeIsValid(t2) && ((t2 > 0 && t1 > NOSTART_ABSTIME + t2) || (t2 <= 0 && t1 < NOEND_ABSTIME + t2)))... } 三項演算子を解消し, and/or のみの表現に変更 タイプ 3

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 有用な事例（一貫しない修正 1 ） 19 src/backend/utils/adt/numeric.cint2_sum src/backend/utils/adt/numeric.cint4_sum src/backend/utils/adt/numeric.cint8_sum 修正前 Changed Cloneset 2005/04/02 → 2005/04/08 int4_sum(...) { int64 oldsum;... oldsum = PG_GETARG_INT64(0); if(PG_ARGISNULL(1)) PG_RETURN_INT64(oldsum); newval = oldsum + (int64) PG_GETARG_INT32(1); PG_RETURN_INT64(newval); } int8_sum(...) { Numeric oldsum;... oldsum = PG_GETARG_NUMERIC(0); if(PG_ARGISNULL(1)) PG_RETURN_NUMERIC(oldsum); newval = DirectFunctionCall1(...); PG_RETURN_DATUM(DirectFunctionCall2(..)); } ※ int2_sum と int4_sum は一貫した修正. タイプ 3 代入する式の違い 引数となる式の違い

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 有用な事例（一貫しない修正 1 ） 20 src/backend/utils/adt/numeric.cint2_sum src/backend/utils/adt/numeric.cint4_sum src/backend/utils/adt/numeric.cint8_sum 修正後 Changed Cloneset 2005/04/02 → 2005/04/08 int4_sum(...) {... if(fcinfo->context && IsA(...)) { int64 *oldsum = (int64*) PG_GETARG_POINTER(0); if(!PG_ARGISNULL(1)) *oldsum = *oldsum+(int64) PG_GETARG_INT32(1); PG_RETURN_POINTER(oldsum); } else { int64 oldsum = PG_GETARG_INT64(0); if(PG_ARGISNULL(1)) PG_RETURN_INT64(oldsum); newval = oldsum + (int64) PG_GETARG_INT32(1); PG_RETURN_INT64(newval); } int8_sum(...) {... oldsum = PG_GETARG_NUMERIC(0); if(PG_ARGISNULL(1)) PG_RETURN_NUMERIC(oldsum); newval = DirectFunctionCall1(...); PG_RETURN_DATUM(DirectFunctionCall2(..)); } ※ int2_sum と int4_sum は一貫した修正. 分岐処理の追加 追加は無いが, 外見上は適用できる可能性 が 考えられる 追加は無いが, 外見上は適用できる可能性 が 考えられる タイプ 3

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 有用な事例（一貫しない修正 2 ） 21 src/bin/pg_ctl/pg_ctl.cdo_stop src/bin/pg_ctl/pg_ctl.cdo_restart 修正前 Deleted Cloneset 2005/04/30 → 2005/05/06 do_stop(void) {... else if(pid < 0) { pid = -pid; writestderr(_("..."), progname, pid); exit(1); } if(kill((...) != 0) {... } if(!do_wait) {... } else { print_msg(...);... } do_restart(void) {... else if(pid < 0) { pid = -pid; writestderr(_("..."), progname, pid); writestderr(...); exit(1); } if(kill((...) != 0) {... } print_msg(...);... } タイプ 3 関数呼出しが多い if 分岐がある

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 有用な事例（一貫しない修正 2 ） 22 src/bin/pg_ctl/pg_ctl.cdo_stop src/bin/pg_ctl/pg_ctl.cdo_restart 修正後 Deleted Cloneset 2005/04/30 → 2005/05/06 do_stop(void) {... else if(pid < 0) { pid = -pid; writestderr(_("..."), progname, pid); exit(1); } if(kill((...) != 0) {... } if(!do_wait) {... } else { print_msg(...);... } do_restart(void) {... else if(pid < 0) { pid = -pid; if(postmaster_is_alived(pid) { writestderr(_("..."), progname, pid); writestderr(...); exit(1); } if(postmaster_is_alived(pid) { if(kill((...) != 0) {... } print_msg(...);... } else {... } } 適用すべきか検討は必 要 プロセス生存チェック の追加 タイプ 3

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University まとめと今後の課題 新しいクローン変更管理システムの開発 開発したシステムの有用性評価 今後の課題 – 従来の CloneNotifier との比較 従来版のみが検出できるクローンの調査 両システムで検出できるクローンの調査 – 対象プロジェクトの追加 23

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Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 実装の詳細 検出ツール呼出し部分の置換 – プロセスに与える実行コマンドを変更 – 検出結果読み込み部の修正 クローン位置情報の特定処理の追加 – 各関数クローンの開始・終了行列を求める メトリクス情報の出力部分を除去 –CCFinder の出力結果を利用していたため 等価なクローンセットの定義を変更 – 従来版は CCFinder での内部 ID で判断できた – 新版はリスト先頭に来るクローンが等価な関数かで 判断 25

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 山中らのツールを選んだ理由 (1) 全タイプ対応の他の検出ツールより高精度 26 プロジェクト 名 適合率 (%) 検出クローン数 タイプ 1 タイプ 2 タイプ 3 タイプ 4 山中らのツー ル Python ApacheHTTPD PostgreSQL 合計 MeCC Python ApacheHTTPD PostgreSQL 合計 [5] Kim et. al., MeCC: memory comparison-based clone detector, Proc. of ICSE, ※ MeCC はメモリベースの関数クローン検出ツール. 他の検出ツールより高い精度を持つことが報告されている [5].

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 山中らのツールを選んだ理由 (2) 全タイプ対応の他の検出ツールより高速 27 ApacheHTTPDPythonPostgreSQL 山中らのツー ル 1m43s2m13s4m39s MeCC310m34s65m26s428m32s

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 評価 2 方法案（ 1/2 ） 1. 従来の CloneNotifer と新システムの各々 を適用して結果を得る 2. 同一の変更クローンセットをまとめる – 対応するファイルセットが同じ変更クローン セットがあれば, 変更箇所の一致をチェック –2 つのシステムが検出した変更の和集合を得 る 28

Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University 評価 2 方法案（ 2/2 ） 3. 変更集合から X 個の変更をランダムに抽 出し, 以下を数える（これを有用な事例 とする） – 一貫した修正が行われている – 一貫した修正はないが, 適用が可能 – 手作業なので X = 100 程度の予定 4. 各々のシステムが検出した有用な変更が どのくらいあるかを調べる 29