コーディングパターンと キーワードを用いて生成したコードスニペットの推薦 大阪大学 ○関山 太朗，伊達 浩典，石尾 隆，井上 克郎 1.パターン 2.コード補完(パターンを利用できることを強調) 3.コード補完の問題点(どのようなパターンも使えるだけではない) 4.ソフトウェアだけに存在するパターンの例 5.コーディングパターンの紹介 6.提案手法

プログラム上のパターン 何度も書かかれた類似したソースコードの断片 ソースコードの断片：コード片，コードスニペット ...for (String s : strs) { ... }... ...for (Object o : collection) { ... }... 詳しく簡単に 変数名が異なっていてもパターンであることなど for ([iterable type] [iterable element] : [iterable]) { }

開発環境におけるコード補完 キーワードからよく使うコード片を生成 例： Eclipseのコード補完 よく使うコード片を素早く利用できる 知らない機能を発見することがある 例： Eclipseのコード補完 “foreach” キーワードからコレクションの各要素を順に処理するコード片を生成 Eclipseコード補完の例 foreach for ([iterable type] [iterable element] : [iterable]) { } 既存のコード補完についてもっと詳しく あらかじめ用意されていることを明確に コードスニペットについても言葉でふれておく 位置情報が含まれていることをいれる

既存のコード補完の問題 使用できるパターンが限定されている ソフトウェア固有のパターンを用いたコード片の生成を行うことができない コード補完の実装であらかじめ用意されている 対象のプログラミング言語でよく使用される ソフトウェア固有のパターンを用いたコード片の生成を行うことができない 既存のパターンと類似した処理を再度記述することに 欠陥の混入と開発コストの増大につながる 既存のコード補完との違いは明確に

ソフトウェア固有のパターン(1/2) ソフトウェア固有の機能が含まれているパターン jEditの機能である編集の可否をチェックする if (!buffer.isEditable()) { getToolkit().beep(); return ; } ... テキストが編集できなければ 音を鳴らして終了する処理 詳しく簡単に 変数名が異なっていてもパターンであることなど jEditの機能である編集の可否をチェックする メソッド isEditable が含まれている

ソフトウェア固有のパターン(2/2) 再利用可能だが1つにまとめられないパターンが存在 関数化 関数の適用 void exitUnlessEditable() { if (!buffer.isEditable()) { getToolkit().beep(); return ; } } 関数 jEditに頻出するコード片 if (!buffer.isEditable()) { getToolkit().beep(); return ; } ... 関数化 関数の適用 ソフトウェア固有であることを強調 実際に書かなきゃいけない void inputChar(char c) { exitUnlessEditable(); ... } exitUnlessEditableメソッドの呼び出し後に inputCharメソッドの実行を終了できない 関数適用時のコード片

コーディングパターン 我々の研究グループではソフトウェア固有のパターンを得るための手法を提案してきた[Ishio, 2008] コーディングパターンとは ソフトウェアに頻出するコード片 メソッド呼び出しと制御文の開始と終了の列 コーディングパターン JEditBuffer.isEditable() IF JComponent.getToolkit() Toolkit.beep() END-IF jEditに頻出するコード片 コーディング パターンの抽出 if (!buffer.isEditable()) { getToolkit().beep(); return ; } ... [Ishio, 2008] Ishio, T., Date, H., Miyake, T. and Inoue, K.:Mining Coding Patterns to Detect Crosscutting Concerns in Java Programs. Inproceedings of 15th Working Conference on Reverse Engineering, pp.123-132 (2008).

提案手法 既存のコード補完の問題点を解決 コーディングパターンに基づくコード補完手法の提案 ソフトウェア固有のパターンと類似した処理を再度記述することを防ぐ コーディングパターンに基づくコード補完手法の提案 ソフトウェア固有のパターンはコーディングパターンとして得られる

提案手法： コーディングパターンに基づくコード補完手法 1.パターンの検索 2.コード片の生成 3.ソースコード へ挿入 開発者が入力 した単語(キーワード) 開発者が編集して いるソースコード キーワードに 関連したパターン パターンから 生成したコード片 パターン データベース 提案手法はこのようになります． 本手法ではコード補完時のキーワードは開発者が入力した単語となります．このキーワードを使ってパターンの検索を行い，キーワードに関連したパターンを取得します． 次に取得したパターンからコード片を生成します．このとき開発者が編集しているソースコードからコード片で参照する変数を決定します．生成したコード片は開発者が編集しているソースコードへ挿入し，開発者へ提示します． それではパターンの検索とパターンからコード片を生成する方法について詳しくみていきます．

パターン データベースの構築 コーディングパターンの取得には既存手法を使用 パターン データベースの構築 コーディングパターンの取得には既存手法を使用 コーディングパターンを保存したデータベースをパターン検索の前に構築 コーディングパターン JEditBuffer.isEditable() IF JComponent.getToolkit() Toolkit.beep() END-IF jEditに頻出するコード片 コーディング パターンの抽出 if (!buffer.isEditable()) { getToolkit().beep(); return ; } ...

パターンの検索 入力キーワードに関連したパターン 検索結果： 入力キーワードに最も関連している k 個のパターン パターンに入力キーワードと一致する単語が多く出現 一致する単語のうち，重みの大きい単語が多い 単語の重みは自然言語検索で利用されているTF-IDF[Salton,1987]で決定 検索結果： 入力キーワードに最も関連している k 個のパターン 実装したツールでは k = 3 パターンの検索ではキーワードに関連したパターンを検索します．どのようなパターンがキーワードに関連しているかを決定するために，本手法では2つの方針を定めました．1つはキーワードで指定された単語に一致する単語がパターンに多く出現すること．もう1つは一致した単語の重みがより大きいことです．単語の重みはTF-IDFによって求めました． 以上の方法でキーワードに最も関連していると判断したk個のパターンから，コード片を生成します．本手法を適用するために実装したツールではkの値を3としています． [Salton,1987] Term Frequency – Inverse Document Frequency, Salton G. and Buckley, C. 1987 Term Weighting Approaches in Automatic Text Retrieval. Technical Report. UMI Order Number: TR87-881., Cornell University.

JComponent.getToolkit() コード片の生成： パターン要素の変換 パターンの各要素をコード片へ変換 このステップでは参照する変数は未定とする パターン コード片 JEditBuffer.isEditable() ???.isEditable(); IF if (???) { JComponent.getToolkit() ???.getToolkit(); ???を目立つように Toolkit.beep() ???.beep(); END-IF }

コード片の生成： 参照変数の決定 挿入箇所の直前で宣言した変数を使用 メソッド呼び出しの戻り値は新しく宣言した変数へ代入 編集中のソースコード JEditBuffer buf = ...; ソースコードへ挿入するコード片 コード片 ???.isEditable(); boolean var0 = buf.isEditable(); if (var0) { JComponent var1; Toolkit var2 = var1.getToolkit(); var2.beep(); } if (???) { ???.getToolkit(); ???.beep(); }

ソースコードへの挿入 生成したコード片を開発者が編集しているソースコードへ挿入 挿入後のソースコードを開発者へ提示 開発者は必要に応じて提示されたソースコードを編集

実装： Eclipseプラグイン コード片 入力キーワード パフォーマンス キーワード 10コのとき 全てが該当： 検索：1200，全体：1500 適当： 検索：600， 全体：1000 キーワード5コのとき 全てが該当： 検索：700， 全体：1000 適当： 検索：300， 全体：600

実験： 妥当性の検証 パターンの検索 コード片の生成 開発者が入力 した単語(キーワード) 開発者が編集して いるソースコード 1.パターンの検索 2.コード片の生成 3.ソースコード へ挿入 実験に対する考察 パターンの検索 パフォーマンスとからめて 期待通りか？満足か？ コードスニペット パターン データベース キーワードに 関連したパターン パターンから 生成したコード片

妥当性の検証： パターンの検索 対象 方法 結果 考察 Pa： jEdit4.3から取得したパターン集合 Pb： Paのうち重みの大きい単語が出現するパターン集合 方法 パターン自身に出現する単語をキーワードとして検索し，順位を調査 結果 パターンが上位3位以内に含まれる確率 Pa： 0.4371 Pb： 0.9775 考察 目的のパターンを得るためには複数回の検索が必要な場合もある 実装ツールでは1回の実行時間は約1秒 キーワードを選べればうまくいく

妥当性の検証： コード片の生成 対象 方法 jEdit4.3のパターンからランダムに選んだ11個のパターン 比較 パターンの総数： 7559 パターンが出現する既存ソースコードを1つ選び，削除 パターンと削除後のソースコードからコード片を生成 削除した部分と生成したコード片の変数の使用方法を比較 本研究では，生成したコード片が妥当であることを検証するための実験を行いました．テキストエディタjEditから11個のパターンをランダムに選択し，そのパターンから生成したコード片と，そのパターンが実際に利用されているソフトウェアのソースコードにおける変数の使用方法の違いについて調査しました． 包含関係にない11個のパターン 対象と方法が ...; if (!buffer.isEditable()) { getToolkit().beep(); } ...; 生成したコード片 コード片の生成・置換 比較

妥当性の検証結果(1/2)： コード片の生成 変数の使用方法が一致するケース 7 4 変数の初期化 変数名のrename 異なるケース 7 4 変数の使用方法が一致するケース 変数の初期化 変数名のrename { StringTokenizer st = ...; while (...) { String keyCodeStr = st.nextToken(); ... ... (st.hasMoreTokens()) ... } boolean var0; while (var0) { java.lang.String var1 = st.nextToken(); boolean var2 = st.hasMoreTokens(); } 実験結果，変数の使用方法が一致するのは11件中7件のパターンで，異なるのは4件でした． この結果から，生成したコード片がそのまま適用できることも多いことが確認できました． 変数の使用方法が異なるパターンは，GUIの設定を行うもの，同じ型の引数を複数とるメソッドが登場する，組込型が出現するといった特徴が見られました． このような場合でも開発者がそのまま利用できるようなコード片を生成するために，パターンが実際に利用されているソースコード上のデータフロー情報などが利用できると考えています． 2010/02/19 復元の例：元のソースコードとコード片を表示 RENANEや初期値を与えることを否定的にする必要はない ~さえすればOK 既存のソースコード 生成したコード片

同じ型の引数を複数とるメソッド呼び出しが出現する例 妥当性の検証結果(2/2)： コード片の生成 変数の使用方法が異なるパターンの特徴 GUIの設定 同じ型の引数を複数とるメソッド呼び出しが出現 基本データ型が出現 int 型など boolean var0; if (var0) { this.extendSelection(newCaret, newCaret); } else { this.selectNone(); } int caret, newCaret; ... { if (...) this.extendSelection(caret, newCaret); else { ... this.selectNone(); } } ... 異なるパターンの例も示す 話す必要はなし 同じ型の引数を複数とるメソッド呼び出しが出現する例

考察： コード片の生成 変数の使用方法が一致した理由 変数の使用方法が異なるケースの解決案 パターンの要素間にはコード片がほとんど含まれない 同一の型が同時に使用されることはほとんどない 例外： GUIで使用するクラスや基本型など 変数の使用方法が異なるケースの解決案 パターンが出現するソースコードの利用 データフロー情報 今後の課題? データフロー情報の利用 使えるか？ 何故うまくいったL -> 型の違い，パターンの要素間のコード片が小さい

まとめと今後の課題 まとめ 今後の課題 コーディングパターンに基づくコード補完手法を提案 提案手法に対する評価実験を行い，次の妥当性を検証 パターンの検索 コード片の生成 今後の課題 データフロー情報を利用したコード片の生成 実際のソフトウェア開発における評価 最後にまとめと今後の課題についてですが，本研究ではソフトウェアのパターンに基づくコード補完手法を提案しました．また，提案手法に対する評価実験を行い，生成したコード片の変数の使用方法が多くのケースで妥当であることを確認しました． 今後の課題としては，データフロー情報を利用したコード片生成方法の考案や，パターンの検索精度の向上，ツールの利便性の向上，実際に本手法を実装したツールを開発者に利用してもらう実験を行うことを考えています． 以上で発表を終わらせていただきます．ありがとうございました．