And/Or/Callグラフの提案とソースコード検索への応用

And/Or/Callグラフの提案と
ソースコード検索への応用
神谷年洋
公立はこだて未来大学
kamiya@fun.ac.jp
IPSJ SIGSS 2013年10月研究会於金沢

目次
1. 背景
2. 問題: 切り刻まれたコードからの検索
3. デモ
4. And/Or/Callグラフ
5. 検索アルゴリズム
6. プロトタイプ実装
7. まとめ

2013/10/25


背景: ソフトウェア開発における検索
ソースコードの検索は頻繁に行われる
➤ ある機能を実現するのに再利用可能なコンポーネントを探す
➤ あるコード断片を変更する前に類似コードを探す
➤ 特定のクラスやコンポーネントの利用方法のサンプルを探す

2013/10/25


背景: プログラミング言語の進化
ソースコードをより細かく切り刻むことが可能に
●

オブジェクトやクロージャ
データとその操作のまとまりを切り出す

●

アスペクト
条件やイベントによって動作すべきコード（関心事）を切り出す

●

依存性の注入(デコレータ, アノテーションなど)
依存関係の部分でコードを切り離す

2013/10/25


問題: 切り刻まれたコードからの検索
コードが切り刻まれることによって、検索が難しく
なる
(昔) 検索結果がひとつのソースファイル中で
見つかる

昔

⇩
(今) いくつかのソースファイルの部分を寄せあ
わせたものが検索結果になる
検索アルゴリズムと検索結果の表示方法の両面
に影響
●

「どうやって見つけるか？」

●

「どのように表示するか？」

2013/10/25


今

目標
目標
P1 切り刻まれたコードから検索するためのアルゴリズム
P2 検索結果のわかりやすい表示方法
既存の研究
●

PARSEWeb[13]
入力: 2 つの型
出力: それらの型のオブジェクト間の変換を行うためのメソッドの呼び
出し列

[13] S. Thummalapenta, Tao Xie, “Parseweb: a programmer assistant for reusing open source code on
the web,” Proc. the 22nd IEEE/ACM Int’l Conf. Automated Softw. Eng.(ASE ’07), pp. 204-213, 2007.
2013/10/25


▶ デモ

2013/10/25


And/Or/Callグラフ
プログラム中のすべての実行パス
を保持する有向グラフ
–

●

（後述するソースコード検索アル
ゴリズムで利用）

プログラムを以下のルールに従っ
て変換したもの
●

呼び出し ➡ Call節点

順構造（逐次処理） ➡ And節点

●

●

繰り返し構造
➡ 0回の繰り返しに相当する順
構造, 1回の繰り返しに相当する
順構造, ...の分岐構造
➡ And節点/Or節点

分岐構造 ➡ Or節点

2013/10/25


–

●


●



●

●

繰り返し構造

And節点

B

2013/10/25

Or節点

A

C

D

Q

P

R

S



●


●



●

●

繰り返し構造

while (C) { B; }

C

2013/10/25

C

B

C

C


B

C

B

C


●


●



●

●

繰り返し構造

Call節点

finv

呼び出しているつ
もりのもの

呼び出されている
もの

fbody
A

2013/10/25

s1
B

s2
C

s3
D

n <= 2

例

return 1
fibo

繰り返しによってフィ
ボナッチ数を求める

R

a = 1
b = 1
i = 2

a = b

public static int fibo(int n) {
if (n <= 2)
return 1;
int a = 1;
int b = 1;
for (int i = 2; i < n; ++i) {
int c = a + b;
a = b;
b = c;
}
return b;
}
2013/10/25

i < n
c = a + b

手続き(Java)
20
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23
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27
28
29
30
31

i < n


return b

b = c
i < n

n <= 2

例

return 1
fibo

●

分岐構造
➡ Or節点

R

a = 1

i < n

b = 1
i = 2

i < n
c = a + b
a = b

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31

if (n <= 2)
return 1;
int a = 1;
int b = 1;
for (int i = 2; i < n; ++i) {
int c = a + b;
a = b;
b = c;
}
return b;
}
2013/10/25


return b

b = c
i < n

n <= 2

例

return 1
fibo

●

繰り返し構造
➡ Or/And節点

a = 1
b = 1

R

0回の繰り返し
i < n

1回の繰り返し

i = 2

i < n
c = a + b
a = b

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30
31

return b

b = c

if (n <= 2)
i < n
return 1;
int a = 1;
int b = 1;
for (int i = 2; i < n; ++i) {
int c = a + b;
a = b;
実装では0回と回の繰り返しに相当
１
b = c;
する部分だけを生成
}
return b;
← 仮定: それより多い回数の繰り
}
2013/10/25

返しは検索目的では不要


例 (プログラム全体）
1 class Fibo {
2
public static void main(String[] args) {
3
int n = inputNumber(args);
4
int fiboN = Fibo.fibo(n);
main
エントリポイント
5
outputAnswer(fiboN);
6
}
inputNumber
コンソール入力
7
public static int inputNumber(String[] args) {
8
String numStr = null;
9
if (args.length >= 1)
outputNumber コンソール出力
10
numStr = args[0];
11
else {
fibo
フィボナッチ数の計算
12
java.io.Console cnsl = System.console();
13
numStr = cnsl.readLine("n = ? ");
（前述）
14
}
15
return Integer.valueOf(numStr);
16
}
17
public static void outputAnswer(int n) {
18
System.out.println("fibo(n) = " + n);
19
}
20
21
if (n <= 2)
22
return 1;
23
int a = 1;
24
int b = 1;
25
for (int i = 2; i < n; ++i) {
26
int c = a + b;
27
a = b;
28
b = c;
29
}
30
return b;
31
}
32 }
2013/10/25

プログラムの構造

例 (プログラム全体）
1 class Fibo {
2
public static void main(String[] args) {
3
int n = inputNumber(args);
4
int fiboN = Fibo.fibo(n);
●
5
outputAnswer(fiboN);
6
}
7
public static int inputNumber(String[] args) {
8
String numStr = null;
9
if (args.length >= 1)
10
numStr = args[0];
11
else {
12
java.io.Console cnsl = System.console();
13
numStr = cnsl.readLine("n = ? ");
14
}
15
return Integer.valueOf(numStr);
16
}
inputNumber
17
public static void outputAnswer(int n) {
18
System.out.println("fibo(n) = " + n);
19
}
20
21
if (n <= 2)
22
return 1;
main
23
int a = 1;
24
int b = 1;
25
for (int i = 2; i < n; ++i) {
26
int c = a + b;
27
a = b;
printAnswer
28
b = c;
29
}
30
return b;
31
}
32 }
2013/10/25

numStr = null
args.length >= 1
numStr = args[0]
cnsl =
System.console
numStr =
cnsl.readLine
Integer.valueOf

"fibo(n) = " + n

println

動的なディスパッチの扱い
動的なディスパッチ
●

●

いくつかの候補となる手
続き
実行時に呼び出される手
続きが選ばれる

➡ 分岐構造
候補となる手続きのいず
れかに分岐する

2013/10/25

Triangle.draw()
Shape.draw()

Rectangle.draw()
Ellipse.draw()

図8 動的なディ
スパッチの模式図


And/Or/Callグラフから実行パスへ
1. 根（実行を開始するエントリポイント）を決めて、
2. 深さ優先で走査する
2-1. And節点の子節点はすべて走査する
2-2. Or節点/Call節点の子節点はひとつ選択して走査する
n <= 2

n <= 2
return 1

fibo
R

a = 1

return 1
i < n
fibo

b = 1
i = 2

R
i < n

a = 1

i < n

b = 1
i = 2

i < n

c = a + b
a = b
return b

c = a + b
a = b

b = c
i < n

2013/10/25


return b

b = c
i < n

キーワード検索アルゴリズム
入力: 節点を特定するための検索語（複数）
出力: 指定した節点を含む連結した部分グラフ
「連結した」 → 実行パスに変換できる
「部分グラフ」→ コード断片
部分グラフを見つける基準
●

元のグラフの根からなるべく遠いもの
← 仮定: （検索結果として）小さな処理を行っているものが望ましい

●

なるべく浅いもの
← 仮定: 手続きの呼び出しの入れ子が少ないものが望ましい

2013/10/25


ラベルとサマリ
●

ラベル
–
–

●

節点に付けられた名前
検索語

numStr = null

サマリ
–

args.length >= 1

ある節点 n のサマリ S(n) とは、その節点
から有向辺をたどることで到達可能なす
べての節点のラベルの集合

–

inputNumber
cnsl =
System.console
numStr =
cnsl.readLine

性質
–

numStr = args[0]

main

Integer.valueOf

節点 n とその子節点 c について、
S(n) ⊇ S(c)
根のサマリは、木の（根を除く）すべての
節点のラベルを持つ

2013/10/25

"fibo(n) = " + n
printAnswer


println

●

ラベル
–
–

●

検索語

numStr = null

サマリ
–

args.length >= 1


–

inputNumber
cnsl =
System.console
numStr =
cnsl.readLine

性質
–

numStr = args[0]

main

S(n) ⊇ S(c)

2013/10/25

Integer.valueOf

{ “numStr = cnsol.readLine” }
"fibo(n) = " + n
printAnswer


println

●

ラベル
–
–

●

検索語

numStr = null

サマリ
–

args.length >= 1


–

inputNumber
cnsl =
System.console
numStr =
cnsl.readLine

性質
–

numStr = args[0]

main

S(n) ⊇ S(c)

2013/10/25

Integer.valueOf

{ “cnsl = System.console”,
“numStr = cnsol.readLine”, }

"fibo(n) = " + n

printAnswer


println

●

ラベル
–
–

●

検索語

numStr = null

サマリ
–

args.length >= 1


–

inputNumber
cnsl =
System.console
numStr =
cnsl.readLine

性質
–

numStr = args[0]

main

S(n) ⊇ S(c)

2013/10/25

{ “numStr = args[0]”,
“cnsl = System.console”,
“numStr = printAnswer
cnsol.readLine”, }


Integer.valueOf

"fibo(n) = " + n

println

●

ラベル
–
–

●

{ “inputNumber”,
“numStr = null”,
検索語
“args.length >= 1”,

numStr = null

“numStr = args[0]”,
“numStr = cnsol.readLine”,
– ある節点 n のサマリ S(n) とは、その節点
“Integer.valueOf”,
…
“printAnswer”,
““fobo(n) = ” + n”,
“printLn” }

サマリ

性質
–

–

args.length >= 1
numStr = args[0]
inputNumber
cnsl =
System.console
numStr =
cnsl.readLine
main

Integer.valueOf

S(n) ⊇ S(c)

2013/10/25

"fibo(n) = " + n
printAnswer


println

アルゴリズム
(S1) 局所的に深い位置にある(検索語をすべて含む)部分木に相当す
る部分グラフを求める
–

サマリを利用しながら

(S2) 部分グラフの葉を深いものから順に(検索語をすべて含むという
条件が満たされる限り)取り除く
–

浅い部分グラフを作る

（オプションで）
(S3) 葉から順に検索語のいずれかをラベルとしない節点を取り除く

2013/10/25


例
クエリ { “args[0]”,“valueOf” }
(S1) 局所的に深い位置にある(検索語をす
べて含む)部分木に相当する部分グラフ
を求める

numStr = null
args.length >= 1

(S2) 部分グラフの葉を深いものから順に(検
索語をすべて含むという条件が満たさ
れる限り)取り除く

numStr = args[0]
inputNumber
cnsl =
System.console

(S3) 葉から順に検索語のいずれかをラベル
としない節点を取り除く

numStr =
cnsl.readLine
main

Integer.valueOf

"fibo(n) = " + n
printAnswer
println

2013/10/25


例
を求める

numStr = null
args.length >= 1


numStr = args[0]
inputNumber
cnsl =
System.console


numStr =
cnsl.readLine
main

Integer.valueOf

"fibo(n) = " + n
printAnswer

{ “numStr = null”,
“args.length >= 1”,
“numStr = args[0]”,
“numStr = cnsol.readLine”,
“Integer.valueOf” }
2013/10/25

println

{ “numStr = args[0]”,
“numStr = cnsol.readLine”, }


例
✔
を求める

numStr = null
args.length >= 1
numStr = args[0]
inputNumber


cnsl =
System.console
numStr =
cnsl.readLine
Integer.valueOf

2013/10/25


例
✔
を求める

numStr = null
args.length >= 1
numStr = args[0]
inputNumber

としない節点取り除く

cnsl =
System.console
numStr =
cnsl.readLine
Integer.valueOf

2013/10/25


例
✔
を求める
✔

numStr = null
args.length >= 1
numStr = args[0]
inputNumber

Integer.valueOf

2013/10/25


例
✔
を求める
✔
✔

numStr = args[0]
inputNumber

検索結果
Integer.valueOf

2013/10/25


検索結果を実行パスへ変換
(オプションで)
検索結果の部分グラフを実行パ
スに変換する
クエリ { “a”,“b” }

ただし
変換された実行パスが検索語を
すべて含むとは限らない
–

Or節点の子接点のどちらかにのみ
含まれる検索語

2013/10/25


a
m
b

プロトタイプ実装
●

実装
–
–
–

制約

適用対象はJavaのソースコー
ド
Pythonで記述。約8千行(プロ
ダクションコード）
メソッド呼び出しの型を解析す
るためにSoot[15]を利用

–

http://www.sable.mcgill.ca/
soot/

–

●

–

●

jEdit(18万行)のプロダクトに
適用 (update☺)

検索語
●

–

メソッド名、型の名前、文字列リ
テラル

例外処理
●

例外が送出されなかったコード
のみが検索対象

エントリポイント
●
●

mainやクラス初期化など
@Testなどは未対応

[15] R. Vallée-Rai, L. Hendren, V. Sundaresan, P. Lam, E.Gagnon, Phong Co, “Soot - a Java
Optimization Framework,” Proc. IBM Centre for Advanced Studies Conf. 1999
2013/10/25


ツールのコマンドライン／表示の説明
表示

コマンドライン
●

インデクサ
–
–

●

●

バイトコードをディスアセンブル
ディスアセンブルされたコードを解析
する

●

–

型名、メソッド名、文字列リテラル
メソッド呼び出しのレシーバーのクラ
ス名、戻り値の型名、メソッド名、パラ
メタの形名(update☺)

2013/10/25

{ }、インデント
–

検索
–

メソッド呼び出しのレシーバー、戻
り値の型、メソッド名、パラメタの型

●

メソッドに実行パスがメソッドの
コードに入る／出る

行番号


まとめ
●

目的: 切り刻まれたソースコードからの検索
–
–

●

P1 切り刻まれたコードから検索するためのアルゴリズム
P2 検索結果をわかりやすく表示する方法

提案手法
–

●
●

–
●

静的解析
実行パスへの変換

検索アルゴリズム

プロトタイプ実装
–
–

制約
デモ
http://github.com/tos-kamiya/agoatで公開予定

2013/10/25


想定QA集
想定QA集

2013/10/25


And/Or/Call「木」じゃないの？
●

全体としては有向グラフ
–
–

●

エントリポイントは複数ある
呼び出される手続きのところで辺が合流する

検索アルゴリズムは部分木を対象とする
–

特定のエントリポイントを根とする
main

a

<cinit>

b

run
2013/10/25

c

p

q

なぜバイトコードを解析したの？
明示的な分岐、繰り返しは含まれていないのでは？
●

ソースコードあるいはASTを解析するのと比較して
型の解析が終わっているので情報を取りやすい
– 値のデータも（次ページ）
Javaのバイトコードはgotoとラベルによってif, while, forによ
る制御を表現
–

●

–

switch-case, throw-catchについては専用の表現

➜ gotoとラベルから分岐構造、繰り返し構造を回復
–

✗ Brute-forceで実行パスに変換 �
●

2013/10/25

実行パスは天文学的な数です


Sootって何？
●

JVMはスタックマシンなので、引数の値を調べるの面倒 �
➜ Sootでらくらく解析�
–

ただし、ソースコードの行番号との対応は出してくれない。別途頑張る

public void helloSomeone(java.lang.String);
public void helloSomeone(java.lang.String)
Code:
{
0: getstatic #2
// Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
HelloWorld r0;
3: ldc
#7
// String Hello, %s!n
java.lang.String r1;
5: iconst_1
java.io.PrintStream $r2;
6: anewarray #8 // class java/lang/Object
java.lang.Object[] $r3;
9: dup
10: iconst_0
r0 := @this;
11: aload_1
r1 := @parameter0;
12: aastore
13: invokevirtual #9 // Method java/io/PrintStream.format:(Ljava... $r2 = java.lang.System.out;
$r3 = newarray (java.lang.Object)[1];
16: pop
$r3[0] = r1;
17: return
$r2.format("Hello, %s!n", $r3);
LineNumberTable:
return;
line 7: 0
}
line 8: 17
2013/10/25


なぜ（わざわざ）And/Or/Callグラフ（なんても
の）を導入した（する必要があった）の？
●

●

手続きの呼び出しと、分岐、逐次処理を同列に扱える
セマンティクス、中間表現が欲しかったから
制御構造と実行パスを、グラフ上の問題として（あるい
は論理式のようなもので）考えることができる
n <= 2
n <= 2

fibo
return 1

fibo

return 1

R

R

n <= 2
fibo

2013/10/25


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