ソフトウェア保守性を評価する メトリクス間の関連分析

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1 ソフトウェア保守性を評価する メトリクス間の関連分析
大阪大学 大学院 情報科学研究科 馬場慎太郎，吉田則裕，楠本真二，井上克郎 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

2 目次 研究背景 保守性を評価するメトリクス 評価実験 まとめ 今後の課題 目的・対象プロジェクト概要 計測方法 結果・考察 2007/6/8
ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

3 研究の背景 ソフトウェアにおける保守性への関心拡大 従来の保守性の評価 それぞれの保守性評価結果にどのような関係が あるのかを確認する必要性
長期間に渡って使用されるソフトウェアでは，保守に 要するコストが増大してきている 新規開発（？）でも既存ソフトウェアを母体とした開発が 多い 従来の保守性の評価 複雑度メトリクス コードクローンに関するメトリクス これらの関係は不明 それぞれの保守性評価結果にどのような関係が あるのかを確認する必要性 よく使われているのは複雑度メトリクス。 最近ではコードクローンもあります。コードクローンとは・・・ ただしこれらの関係は・・・ 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

4 ソフトウェアの保守性 保守性：修正のしやすさに関する能力 保守性評価のためのメトリクス 誤りの訂正 データ環境や処理環境の変化への適合
機能やユーザビリティの改善 保守性評価のためのメトリクス 複雑度メトリクス サイクロマチック数 Halsteadのメトリクス CKメトリクス インターフェイス複雑度 コードクローンに関するメトリクス ROC 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

5 複雑度メトリクス-サイクロマチック数 McCabeが提案したメトリクス* プログラム制御の流れに着目 値が大きいと保守性低下
ソースコードの分岐の数＋1がメトリクス値 値が大きいと保守性低下 テストケースを作成する手間増大 変更作業がしにくい 皆さんご存知かとは思いますが、簡単に説明させていただきます かなり古いメトリクスではありますが、最近でもソフトウェアの複雑度評価に使われてます *　R. Yokomori, M. Noro, K. Inoue: "Evaluation of Source Code Updates in Software Development Based on Component Rank", 　 The Proceedings of 13th Asia Pacific Software Engineering Conference (APSEC2006), pp (2006). 　 早瀬，松下，楠本，井上，小林，吉野:“影響波及解析を利用した保守作業の 　 労力見積りに用いるメトリクスの提案", 電子情報通信学会論文誌D(印刷中). 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

6 複雑度メトリクス-Halsteadのメトリクス
オペレータとオペランドの種類数・出現数から規模やバグ数，開発時間を予測 オペレータの種類数n1，出現数N1 オペランドの種類数n2，出現数N2 規模=(N1＋N2)log(n1+n2) 保守における障害密度との関係の分析が 行われている** Logの底は2 ** 高橋"C言語ソフトウェア保守工程におけるHalsteadのソフトウェアサイエンス計測と障害密度との関係の分析", 　 電子情報通信学会論文誌J82-D-I(8)pp ,1999 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

7 複雑度メトリクス-CKメトリクス ChidamberとKemererらの提案した，オブジェクト指向ソフトウェアに対する代表的メトリクス
クラスの複雑さを，内部複雑度，継承，結合の3つの観点，6つのメトリクスから評価 全てのメトリクスに対し，値が大きいと複雑なクラスであり，好ましくない 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

8 複雑度メトリクス-インターフェイス複雑度
関数に関するインターフェイスの複雑度を 評価するメトリクス 計測ツールも存在 インターフェイスを複雑にする要因の和を 計測 関数中にある引数の数 “return”の数 値が大きいと複雑である 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

9 コードクローン ソースコード中に含まれる同一または類似したコード片の対または集合．
　（コピー&ペーストプログラミング，実行パフォーマンス向上，偶然等で作り込まれる） コードクローンはソフトウェア保守性を低下させる コードクローンが存在するコード片に対して修正を行う場合，その全てのクローンについて修正を行うかどうかの検討をしなければならない クローンペア もう一つは，コードクローンに基づく評価です．コードクローンとは， ソースコード中に存在する同一または類似したコード片をもつコード片のこと，またそれらのコード片の対 や集合のことを意味します． コードクローンが作りこまれる原因としましては，コピー＆ペーストプログラミング，実行パフォーマンスの向上， コーディングスタイル，偶然などがあります． コードクローンがどのようなものかを図を用いて説明しますと，まず，この色づけした部分が同一または類似した コード片だとします．これらそれぞれのことをコードクローンといいます． また，任意の２つの，同一または類似したコード片の対をクローンペアといいます． さらに，同一または類似したコード片全ての集合をクローンセットといいます． クローンセット 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

10 コードクローンに関するメトリクス：ROC
対象プログラムにおけるコードクローンが占める割合を示す 字句解析後のトークンをベースとする ROCを計測する範囲内の全トークン数をAll，その範囲内でコードクローンになっているトークン数をCloneとすると 　ROC=Clone÷All×100(%) 例：全部で200トークンから成り，そのうち50トークンがコードクローンになっているファイル ROC=50÷200×100=25(%) 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

11 評価実験の目的 複雑度メトリクスとコードクローンに関するメトリクスの関連調査
サイクロマチック数 インターフェイス複雑度 ROC 対象プロジェクトに対し各メトリクスを適用し，保守性の評価結果の相関を検定 総合複雑度 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

12 対象プロジェクト概要 ソフトウェアエンジニアリング技術研究組合（COSE)参加企業によって実施のプローブ情報システム 実質7社で共同開発
17年度，18年度と2ヵ年度に渡って開発 本研究では17年度の最終段階のプログラムを対象 ほぼC/C++で記述 規模は約10万行（ヘッダファイル除く） 73コンポーネント，約400ファイルから構成 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

13 計測方法-複雑度 市販ツールRSMを使用 各コンポーネントごとにサイクロマチック数，インターフェイス複雑度，総合複雑度を計測
計測値を行数（空行やコメントのみの行は 除く）で割って正規化 メトリクス値は行数が多いほど大きくなる 正規化した値が複雑度，保守性を評価していると判断 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

14 計測方法-コードクローン コードクローン分析ツールGeminiを使用 会社内に閉じたコードクローンのみを検出
仮に会社間にコードクローンが存在しても，独立して開発しているため保守性に影響なし 各コンポーネントごとにROCを計測 その値によって保守性を評価 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

15 Gemini出力例 水平・垂直方向にソースコードを出現順に配置 コードクローンとなっている箇所に点を描画 線は会社の区切り線 X社 Y社
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16 実験結果(1/3) 各社におけるコンポーネントごとのメトリクス値の 平均値と順位 メトリクス値が低いほど高い保守性を表す サイクロマチック数
インターフェイス複雑度 総合複雑度 ROC A社 10.77 1 14.22 7 24.98 3 15.5 B社 14.72 10.37 6 25.09 4 20.57 2 C社 16.53 5 9.13 25.66 39.2 D社 18.84 9.93 28.77 22 E社 15.41 9.06 24.47 49.13 F社 13.68 7.99 21.66 39 G社 17.86 8.80 26.65 66.67 各社におけるコンポーネントごとのメトリクス値の 平均値と順位 メトリクス値が低いほど高い保守性を表す 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

17 実験結果(2/3) 総合複雑度（サイクロマチック数＋インターフェイス複雑度）とROC間のSpearmanの順位相関係数を検定 結果，相関なし
総合複雑度 vs ROC 相関係数 0.1071 危険率5％の有意点 0.786 相関の有無 無 総合複雑度（サイクロマチック数＋インターフェイス複雑度）とROC間のSpearmanの順位相関係数を検定 結果，相関なし 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

18 インターフェイス複雑度vsサイクロマチック数
実験結果(3/3) サイクロマチック数 vs ROC インターフェイス複雑度　 vs ROC インターフェイス複雑度vsサイクロマチック数 相関係数 0.5357 危険率5％の有意点 0.786 相関の有無 無 メトリクス同士の相関を同様に検定 いずれも相関なし 複雑度のメトリクス同士でも相関なし 異なる側面を評価している インターフェイス複雑度とROC間の相関は負に近い 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

19 考察 各メトリクス間に相関なし インターフェイス複雑度とROCの間に負の相関が ある可能性 異なる側面から保守性を評価するため，結果も異なる
より正確な保守性評価のために，いくつかのメトリクスを 組み合わせることが有用と考えられる インターフェイス複雑度とROCの間に負の相関が ある可能性 複雑な関数が多いプログラム インターフェイス　　複雑度は高い ROCは低い 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

20 まとめ 複雑度メトリクスとコードクローンに関するメトリクスによる保守性の評価結果の関連調査
対象は複数社で共同開発の中規模システム その結果，2者の間に相関はなく，また複雑度メトリクス同士の組み合わせでも相関がなかった 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

21 今後の課題 18年度のプログラムに対する分析 年度間の変化 17年度と同じ結果になるか 2ヵ年度に渡って開発を行ったプロジェクト
保守性の変化の原因分析 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

22 進行中の年度間分析(1/2) A～Gが会社を表す 総合複雑度とROCの関係を表している 右上にいくほど好ましくない
17年度 18年度 A～Gが会社を表す 総合複雑度とROCの関係を表している 右上にいくほど好ましくない 矢印が長いほど年度間で大きな違い 分析例 ROCは年度間変化が大きな会社とほとんどない会社がある G社やD社は2メトリクス間にトレードオフの関係 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ

23 進行中の年度間分析(2/2) A～Gが会社を表す 複雑度に関する2メトリクスの関係を表している 右上にいくほど好ましくない
矢印が長いほど年度間で大きな違い 分析例 左下と右上を結ぶ矢印が多い 一方のメトリクス値が 増減すると，他方も同様に増減する傾向 2007/6/8 ソフトウェア信頼性研究会ワークショップ