JP7447044B2 - プログラム分析装置、プログラム分析方法およびトレース処理追加装置 - Google Patents

Description

本発明は、ソフトウェアプログラムの分析を支援するプログラム分析装置、プログラム分析方法およびトレース処理追加装置に関する。

ソフトウェア（プログラム）開発において、開発者が想定していないソフトウェアの動作を不具合と呼び、ソフトウェアをリリースする前に不具合を修正してなくすことが望ましい。不具合を検出する一般的な手法としてテストがある。テストでは、開発者が期待する入力と出力とを定義してソフトウェアがそのとおりに動作するかを確認し、動作しない場合を不具合とする。不具合が発生した場合、開発者はソフトウェアのどの部位で想定外の処理をしたかを分析し、原因箇所を特定したのち、適切な処理を行うようにソフトウェアのロジックを修正する。

入力値に基づいて何らかの計算を行って出力値を決定する組み込みソフトウェアの場合、殆どの入力に対しては正常に動作するが、極めてまれな条件下においてのみ異常が発生することがある。この種の不具合は、不具合が発生する条件を突き止めることが難しく、非再現不具合と呼ばれる。

特許文献１には、入力仕様と出力仕様とが定義されたソフトウェアコンポーネントにおいて、仕様に違反した入力に対してどの出力が仕様を満たせなくなるかを求めることにより、ソフトウェアコンポーネントの故障時の故障伝搬を評価する手法が記載されている。

特開２０１２－１２８７２７号公報

特許文献１に記載の手法では、異常な入力を与えた場合のソフトウェアコンポーネントの挙動を評価できるが、通常の入力に対して異常な出力が起こる不具合の原因を分析することはできない。
非再現不具合の解消のアプローチとして、記号実行を用いた分析を行うことができる。記号実行は、対象のソフトウェアが実行し得る処理の順序（実行パス）を網羅的に抽出し、それぞれのパスを実行する入力を決定する技術である。記号実行を用いることで、テスト時に入力するデータの生成や、不具合が発生する場合の入力データの導出が可能となり、テストを効率的に実施することができる。

一方で記号実行は、実行パスを網羅的に評価するため、計算リソースと計算時間を要する。記号実行を複雑で大規模なソフトウェアに適用すると実行パスが膨大となるため計算処理時間が大きくなり、予定された開発期間内で不具合分析を完了することができないことがある。

本発明は、このような背景を鑑みてなされたものであり、不具合を解消するためのプログラム分析時間の短縮を可能とするプログラム分析装置、プログラム分析方法およびトレース処理追加装置を提供することを課題とする。

上記した課題を解決するため、本発明に係るプログラム分析装置は、プログラムのなかで順に実行されるステートメントの列である実行パスについて、実行される可能性のある全ての実行パスである全実行パスから、前記プログラムに含まれる条件分岐の分岐先に係る情報を参照して実行されない実行パスを削除する実行パス削減部と、前記プログラムに含まれる関数の引数および戻り値の範囲の仕様を取得する関数仕様取得部と、前記実行パス削減部が削除した後の残存実行パスに含まれる関数のなかで、前記仕様と矛盾する前記引数の値である不具合条件を算出する不具合箇所検出部と、を備える。

また本発明に係るトレース処理追加装置は、プログラムに含まれる所定の条件を満たす条件分岐を優先して当該条件分岐のステートメントの直前に、当該条件分岐のステートメントに含まれる変数の値を実行ログに出力するトレース処理を挿入するトレース処理追加部を備え、前記所定の条件は、前記プログラムのなかで順に実行される関数の列である関数実行パスのなかで、複数の前記関数実行パスに含まれる関数にあるという条件、前記プログラムのなかで順に実行されるステートメントの列である実行パスのなかで、複数の前記実行パスに含まれるという条件、過去に不具合が発生した関数にあるという条件、およびテストが未実施である実行パスに含まれるという条件の何れかであることを特徴とする。

本発明によれば、不具合を解消するためのプログラム分析時間の短縮を可能とするプログラム分析装置、プログラム分析方法およびトレース処理追加装置を提供することができる。

本実施形態に係る不具合分析支援システムの全体構成図である。 本実施形態に係るトレース処理挿入前のソースコードである。 本実施形態に係るトレース処理挿入後のソースコードである。 本実施形態に係る実行パスを説明するための有向グラフである。 本実施形態に係るトレース処理追加装置の機能ブロック図である。 本実施形態に係るトレース処理追加処理のフローチャートである。 本実施形態に係る不具合分析装置の機能ブロック図である。 本実施形態に係る不具合分析処理を説明するための図である。 本実施形態に係る不具合分析処理のフローチャートである。 本実施形態に係る不具合分析結果画面の画面構成図である。 本実施形態の変形例に係る不具合履歴データベースのデータ構成である。 本実施形態の変形例に係るテスト履歴データベースのデータ構成である。

≪不具合分析支援システムの概要≫
以下に本発明を実施するための形態（実施形態）における不具合分析支援システムについて説明する。不具合分析システムは、プログラム（ソースコード、ソフトウェア）に対して記号実行の技術を用いて不具合箇所（の範囲）を特定する。記号実行とは、変数に具体的な値を代入してプログラムを実行する（プログラムの処理を進める）替わりに、変数に制約条件を設けて制約条件を更新しながらプログラムの実行をシミュレーションする技術である。後記するように、記号実行を用いることで関数の引数と戻り値の仕様に矛盾する引数の値（不具合発生条件）を算出することができ、不具合分析（不具合箇所の特定）に利用することができる。

プログラムのなかで実行されるステップ（ステートメント）の並びは、実行パスと呼ばれる。実行パスはプログラムが実行する可能性のある処理の順序とも捉えられる。実行される可能性のある全て実行パスに対して記号実行を用いると計算量が膨大になり、不具合分析手法として現実的ではない。

不具合分析支援システムでは、条件分岐で参照される変数の値を実行ログから取得し、どの分岐が実行されるかを特定して、記号実行の対象となる実行パスを削減する。不具合が発生したときの実行ログを用いることで、不具合が発生する実行パスに対して記号実行を用いることができ、不具合分析に要する時間を短縮することができるようになる。

≪不具合分析支援システムの構成≫
図１は、本実施形態に係る不具合分析支援システム１０の全体構成図である。図１を参照しながら不具合分析支援システム１０の構成、および不具合分析の流れを説明する。
不具合分析支援システム１０は、トレース処理追加装置２００と不具合分析装置１００（プログラム分析装置）とを含んで構成される。トレース処理追加装置２００は、ソースコード４１０、実行パス情報４２０、およびトレース仕様４３０を入力とし、トレース処理付きソースコード４４０を出力する。トレース処理追加装置２００は、実行時における変数の値を実行ログ４６０に出力するトレース処理（Ｔｒａｃｅ文）をソースコード４１０に埋め込む。トレース処理追加装置２００の詳細については後記する。

実行形式生成装置３００は、トレース処理付きソースコード４４０をコンパイルし、必要なライブラリプログラムとリンクして、トレース処理付き実行形式コード４５０（実行形式プログラム）を出力する。トレース処理付き実行形式コード４５０は、実際に実行形式のコードが実行され、異常が発生する実機３５０（例えば車載器）にインストールされる（組み込まれる）。

なお、特に混同するおそれがない場合には、トレース処理付きソースコード４４０、およびトレース処理付き実行形式コード４５０を単にプログラムとも記す。「プログラムを実行する」のプログラムはトレース処理付き実行形式コード４５０のことであり、「プログラムに含まれるステップ」のプログラムはトレース処理付きソースコード４４０のことである。

実機３５０がインストール済みのプログラム（トレース処理付き実行形式コード４５０）を実行することで実機３５０が稼働し、実行ログ４６０が生成される。実行ログ４６０には、トレース処理により実行時の変数の値が記録される。他に、呼び出された関数や異常（異常の内容や発生した関数など）が記録されてもよい。

不具合分析装置１００は、トレース処理付きソースコード４４０、実行パス情報４２０、関数仕様書４７０、および実行ログ４６０を入力とし、不具合分析結果４８０を出力する。不具合分析装置１００は実行ログ４６０を参照して、プログラム（トレース処理付きソースコード４４０）の実行パス全体から実行されていない実行パスを除く。不具合分析装置１００は残った実行パスに対して記号実行処理を行うことで不具合発生個所を特定し、不具合発生条件を不具合分析結果４８０として出力する。不具合分析装置１００の詳細については後記する。

≪トレース処理追加装置の概要≫
トレース処理追加装置２００は、ソースコード４１０、実行パス情報４２０、およびトレース仕様４３０を入力とし、トレース処理付きソースコード４４０を出力する。トレース処理とは、実行ログ４６０にプログラムの変数の値を記録する処理である。ソースコード４１０は分析対象となるソースコードであって、トレース処理の埋め込み対象である。

図２は、本実施形態に係るトレース処理挿入前のソースコード４１２である。ソースコード４１２は、ソースコード４１０の一部である。図３は、本実施形態に係るトレース処理挿入後のソースコード４４２である。ソースコード４４２は、トレース処理付きソースコード４４０の一部である。

ソースコード４１２に含まれる行２の条件分岐文（ｉｆ文）の前にトレース処理（Ｔｒａｃｅ文）のステップが挿入された（埋め込まれた）結果が、ソースコード４４２である。関数ｆｏｏが呼び出されてソースコード４４２の行２が実行（処理）されると、トレース処理の引数となっている変数ｘと変数ｙとの実行時点の値が実行ログ４６０（図１参照）に記録される。

実行パス情報４２０は、ソースコード４１０に含まれる実行可能性のある全ての実行パスの情報である。
図４は、本実施形態に係る実行パスを説明するための有向グラフ５００である。有向グラフ５００のノードはソースコードのステップ（ステートメント、文、行）を示し、エッジはステップの実行順序を示す。有向グラフ５００では、ノード５０１が示すステップからプログラムが開始し、ノード５０２が示す条件分岐のステップ（条件分岐文）で実行パスが２つに分かれることを示す。始点となるノード５０１から始まり、終点（例えばノード５２１，５２２，５２３）となるノードまでのそれぞれの有向グラフ５００のパスが実行パスである。有向グラフ５００は実行パス全体を示していることになる。なお、実行パスの部分パスもまた実行パスと呼ぶ。

上記の説明では有向グラフ５００のノードをソースコードのステップと見なしたが、ソースコードに含まれる関数と見なしてもよい。この場合には、エッジは関数の呼び出し関係と見なされ、実行パスは呼び出される関数の並びとなり、有向グラフ５００は関数の呼び出し関係を示すと見なせる。
実行パス情報４２０は、ステップの実行パス（ステップ実行パスとも記す）および関数の実行パス（関数実行パスとも記す）の双方を含むものとする。

図１に戻ってトレース仕様４３０は、トレース処理の挿入処理に係る仕様であって、例えば、挿入可能なトレース処理（Ｔｒａｃｅ文）の上限に係る情報を含む。上限は、実行ログ４６０が記憶される実機３５０の記憶容量、挿入されるＴｒａｃｅ文の数、トレース処理の対象となる変数の数、変数の型（サイズ）などに依存する。説明を簡単にするために本実施形態では、上限は挿入されるＴｒａｃｅ文の数によって決まり、トレース仕様４３０はＴｒａｃｅ文の上限を含むものとする。

≪トレース処理追加装置の構成≫
図５は、本実施形態に係るトレース処理追加装置２００の機能ブロック図である。トレース処理追加装置２００は、コンピュータであって、制御部２１０、記憶部２２０、および入出力部２８０を含んで構成される。入出力部２８０には、ディスプレイやキーボード、マウスなどのユーザインターフェイス機器が接続される。また入出力部２８０は、記録媒体とのインターフェイス機能や他の装置との通信機能を備える。

記憶部２２０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、ＳＳＤ（Solid State Drive）などから構成される。記憶部２２０には、プログラム２２１、および関数実行パスデータベース２３０（図５では関数実行パスＤＢ（Database）と記載）が記憶される。プログラム２２１は、トレース挿入処理（後記する図６参照）の記述を含む。関数実行パスデータベース２３０には、ソースコード４１０の実行パス情報が格納される。

制御部２１０はＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んで構成され、ソースコード入出力部２１１、トレース箇所決定部２１２、およびトレース処理追加部２１３を備える。ソースコード入出力部２１１は入出力部２８０を介してソースコード４１０（図１参照）や実行パス情報４２０、トレース仕様４３０を取得して記憶部２２０に記憶したり、トレース処理付きソースコード４４０を出力したりする。なお、ソースコード入出力部２１１は実行パス情報４２０に含まれる関数実行パスを関数実行パスデータベース２３０に格納する。

トレース箇所決定部２１２は、ソースコード４１０のなかでＴｒａｃｅ文の挿入箇所を決定する。詳しくは、トレース箇所決定部２１２は関数実行パス（関数の呼び出し関係）と見なした有向グラフ５００（図４参照）における始点となるノード５０１から終点までのノードまでの実行パスが多く通るノード対応する関数から順にＴｒａｃｅ文を挿入する候補の関数とする。換言すれば、トレース箇所決定部２１２は関数実行パスデータベース２３０を参照して通る実行パスが多いノード（関数）ほどＴｒａｃｅ文の挿入順位が高いとする。

例えば、ノード５０１，５０２（図４参照）は全ての実行パスが通るため、Ｔｒａｃｅ文挿入の最高順位となる。また、ノード５１３の上流にはノード５１１があり、ノード５１１を通る実行パスはノード５１３を通るので、ノード５１３はノード５１１より挿入順位が高くなる。有向グラフ５００を関数の呼び出し関係と見なすと、ノード５０１，５０２に対応する関数が、Ｔｒａｃｅ文挿入順位が最高の関数となる。また、ノード５１３に対応する関数はノード５１１に対応する関数より挿入順位が高くなる。
トレース処理追加部２１３は、ソースコードの条件分岐文（ｉｆ文）の前に、当該条件分岐の判定に参照される変数の値を実行ログ４６０に出力するＴｒａｃｅ文を挿入する。

≪トレース処理追加処理≫
図６は、本実施形態に係るトレース処理追加処理のフローチャートである。
ステップＳ１１においてソースコード入出力部２１１は、ソースコード４１０（図１参照）、実行パス情報４２０、およびトレース仕様４３０を取得して記憶部２２０に格納する。

ステップＳ１２においてトレース箇所決定部２１２は、Ｔｒａｃｅ文を挿入する関数の順位を決定する。トレース箇所決定部２１２は通る実行パス（図４記載の関数の呼び出し関係と見なす有向グラフ５００参照）が多いノード（関数）ほどＴｒａｃｅ文の挿入順位が高いとする。
ステップＳ１３においてトレース箇所決定部２１２は、ステップＳ１２で決定した挿入順位の高い関数から順にステップＳ１４～Ｓ１５を繰り返す処理を開始する。

ステップＳ１４においてトレース箇所決定部２１２は、関数にＴｒａｃｅ文を挿入すると上限を超えるか否かを判断する。トレース箇所決定部２１２は上限を超えるならば（ステップＳ１４→ＹＥＳ）繰り返し処理を終えてステップＳ１６に進み、超えないならば（ステップＳ１４→ＮＯ）ステップＳ１５に進む。なお上限は、トレース仕様４３０に含まれるＴｒａｃｅ文の挿入可能な上限数である。

ステップＳ１５においてトレース処理追加部２１３は、関数の条件分岐文の前にＴｒａｃｅ文を挿入する（図２、図３参照）。
ステップＳ１６においてソースコード入出力部２１１は、Ｔｒａｃｅ文が挿入されたソースコード（図１記載のトレース処理付きソースコード４４０）を出力する。

≪不具合分析装置の構成≫
不具合分析装置１００は、トレース処理付きソースコード４４０、実行パス情報４２０、関数仕様書４７０、および実行ログ４６０を入力とし、不具合分析結果４８０を出力する（図１参照）。関数仕様書４７０は、ソースコード４１０に含まれる関数の仕様書であって、引数および戻り値の型や範囲を含む（後記する図８記載の関数仕様４７９参照）。

図７は、本実施形態に係る不具合分析装置１００の機能ブロック図である。不具合分析装置１００はコンピュータであって、制御部１１０、記憶部１２０、および入出力部１８０を備える。入出力部１８０には、ディスプレイやキーボード、マウスなどのユーザインターフェイス機器が接続される。また入出力部１８０は、記録媒体とのインターフェイス機能や他の装置との通信機能を備える。

記憶部１２０は、ＲＯＭやＲＡＭ、ＳＳＤなどから構成される。記憶部１２０には、プログラム１２１、関数実行パスデータベース１３０、実行パスデータベース１４０、関数仕様データベース１５０、および実行ログデータベース１６０が記憶される。図７では、関数実行パスデータベース１３０を関数実行パスＤＢと、実行パスデータベース１４０を実行パスＤＢと、関数仕様データベース１５０を関数仕様ＤＢと、実行ログデータベース１６０を実行ログＤＢと記載している。プログラム１２１は、不具合分析処理（後記する図９参照）の記述を含む。

制御部１１０はＣＰＵを含んで構成され、関数仕様取得部１１１、実行パス削減部１１２、不具合箇所検出部１１３、および記号実行エンジン１１４を備える。関数仕様取得部１１１は、入出力部１８０を介してトレース処理付きソースコード４４０、実行パス情報４２０、関数仕様書４７０、および実行ログ４６０を取得する。関数仕様取得部１１１は、実行パス情報４２０に含まれるステップ実行パスを実行パスデータベース１４０に、実行パス情報４２０に含まれる関数実行パスを関数実行パスデータベース１３０に、関数仕様書４７０を関数仕様データベース１５０に、実行ログ４６０を実行ログデータベース１６０にそれぞれ格納する。実行パス情報４２０に含まれるステップの実行パス情報が格納された時点で実行パスデータベース１４０には、全ての可能性のあるステップ実行パス（全実行パス）が含まれている。

実行パス削減部１１２は、ステップ実行パスを削減する。図３に示す関数ｆｏｏのソースコード４４２において、関数ｆｏｏ内の実行パスとして、行２、行３、行４と進む実行パスと、行２、行３、行６と進む実行パスとがある。実行ログデータベース１６０に含まれる行２のＴｒａｃｅ文の出力結果である変数ｘと変数ｙの値（トレース結果とも記す）を参照することで、実行パス削減部１１２は何れの実行パスを通ったのかが判定できる。詳しくは、実行パス削減部１１２は実機３５０（図１参照）におけるプログラム実行時に、実機３５０が何れの実行パスを通った（実行した）のかが特定できる。実行パス削減部１１２は、条件分岐で複数に分かれた実行パスのなかで通っていない（実行されなかった、到達していない）実行パスを特定して、実行パスデータベース１４０から削除する。このようにして実行パス削減部１１２は、全ての可能性のある実行パス（全実行パス）から実行されなかった実行パスを削減する。

不具合箇所検出部１１３は、実行パスデータベース１４０に残存している実行パスに含まれる関数のなかから不具合が発生している関数を、記号実行エンジン１１４を用いて検出する。詳しくは、不具合箇所検出部１１３は残存している実行パスを通る記号実行を行い、不具合が発生する条件（引数と戻り値の値）を算出する。

図８は、本実施形態に係る不具合分析処理を説明するための図である。不具合箇所検出部１１３は、関数仕様書４７０（図１参照）に示された関数の引数の範囲を示す論理式と、戻り値の範囲外を示す論理式との論理積を満たす引数と戻り値とを不具合発生条件を算出する。算出には記号実行技術を用いる。以下では関数ｂａｒを例に説明する。

関数ｂａｒの仕様は、関数仕様４７９に示すとおりであって、引数の範囲を示す論理式（１）および戻り値の範囲外を示す論理式（２）は以下のとおりである。論理式（２）は戻り値の範囲を示す論理式の否定でもある。なお、「＆」は論理積（ＡＮＤ）であり「｜」は論理和（ＯＲ）である。

０＜＝ａ ＆ ａ＜＝５ ＆ ０＜＝ｂ ＆ ｂ＜＝５ （１）
ｃ＜１ ｜ １０＜＝ｃ （２）

関数ｂａｒを起点とする（ステップ）実行パスは２つある。第１の実行パスは、ソースコード４１１の行２、行３、ソースコード４４２の行２、行３、行４、ソースコード４１１の行３、行４である。第２の実行パスは、ソースコード４１１の行２、行３、ソースコード４４２の行２、行３、行６、ソースコード４１１の行３、行４である。この２つの実行パスは、ソースコード４４２の行３にあるｉｆ文に示される条件（ｘ＜ｙ）に応じて分岐している。ここで、ソースコード４１１の行３については、関数ｆｏｏの呼び出し前後で２回実行パスに含めている。

関数ｆｏｏの第１引数ｘはａ＋ｂ、第２引数ｙはａ－ｂであるので、第１の実行パスの場合には論理式（３）が成り立ち、第２の実行パスの場合には論理式（４）が成り立つ。

ａ＋ｂ ＜ ａ－ｂ ＆ ｃ＝ａ－ｂ （３）
ａ＋ｂ ＞＝ ａ－ｂ ＆ ｃ＝ａ＋ｂ （４）

ソースコード４４２の行３の条件分岐（ｉｆ文）で何れの分岐に進むか不明の場合には、不具合箇所検出部１１３は（（１）＆（２）＆（３））｜（（１）＆（２）＆（４））という論理式から不具合発生条件を算出する必要がある。しかしながら、当該条件分岐で何れの実行パスに進むかが解れば分岐先となる実行パスに応じて、（１）＆（２）＆（３）または（１）＆（２）＆（４）を解けばよく、不具合発生条件の算出が効率化できる。
例えばトレース結果１６９は、プログラム実行時に変数ｘと変数ｙとがともに５であったことを示しており、第１の実行パスが削除され第２の実行パスが残るため、（１）＆（２）＆（４）から不具合発生条件を算出すればよい。

不具合箇所検出部１１３は、実行パス削減部１１２が削減して残った実行パスについて記号実行を行い、不具合が発生する関数と不具合発生条件とを求める。記号実行の対象となる関数は、関数実行パスの終点となる関数から始めて実行パスの上流に向かってもよいし、逆向きでもよい。

≪不具合分析処理≫
図９は、本実施形態に係る不具合分析処理のフローチャートである。
ステップＳ２１において関数仕様取得部１１１は、実行パス情報４２０（図１参照）、関数仕様書４７０、トレース処理付きソースコード４４０、および実行ログ４６０を取得する。関数仕様取得部１１１は、取得した関数仕様書４７０と実行ログ４６０とを関数仕様データベース１５０と実行ログデータベース１６０とにそれぞれ格納する。また、関数仕様取得部１１１は、実行パス情報４２０に含まれる関数実行パスおよびステップ実行パスを関数実行パスデータベース１３０および実行パスデータベース１４０にそれぞれ格納する。

ステップＳ２２において実行パス削減部１１２は、実行ログデータベース１６０に含まれるトレース結果を取得する。
ステップＳ２３において実行パス削減部１１２は、ステップＳ２２で取得したトレース結果ごとにステップＳ２４を繰り返す処理を開始する。

ステップＳ２４において実行パス削減部１１２は、トレース結果に含まれる変数結果を参照して条件分岐で複数に分かれた実行パスのなかで通っていない（実行されなかった、到達していない）ステップ実行パスを特定して、実行パスデータベース１４０から削除する。
ステップＳ２５において不具合箇所検出部１１３は、実行パス削減部１１２が削減して残った実行パスについて記号実行を行い、不具合が発生する関数と不具合発生条件とを算出する。算出された不具合発生条件は、不具合分析結果４８０として出力される。

図１０は、本実施形態に係る不具合分析結果画面７１０の画面構成図である。不具合分析結果画面７１０の左側には、関数ｂａｒのソースコード表示領域７１１、および関数ｆｏｏのソースコード表示領域７１２が配置されている。右側には、関数ｂａｒの引数の仕様表示領域７１５、戻り値の仕様表示領域７１７、不具合発生条件の表示領域７１６、および不具合発生内容の表示領域７１８が配置されている。ソースコード表示領域７１１，７１２では、実行パスが反転表示されている。不具合発生条件の表示領域７１６、および不具合発生内容の表示領域７１８の左近傍には警告マークが表示されており、注目を促すようになっている。

不具合分析結果画面７１０を参照することで、開発者は不具合の内容（不具合発生内容の表示領域７１８参照）、不具合が発生する条件（不具合発生条件の表示領域７１６参照）、不具合発生の経過（反転表示された実行パス参照）を容易に把握することができる。延いては、開発者は不具合対策を効率よく進めることができるようになる。

≪不具合分析システムの特徴≫
トレース処理追加装置２００はソースコード４１０にトレース処理（Ｔｒａｃｅ文）を追加する。不具合分析装置１００は、トレース処理が出力したトレース結果を参照してソースコード４１０に含まれる実行パスを削減し、残った実行パス（残存実行パス）について記号実行処理を行って、不具合発生条件を算出する。

不具合分析装置１００はトレース結果を参照することで、実行パスを削減することができる。実行パスの数は、条件分岐があるごとに倍になる。このため実行パスの数は、関数に含まれる（当該関数が直接／間接に呼び出す関数も含む）条件分岐数のべき乗のオーダーであり、条件分岐数に応じて指数関数的に増える。不具合分析装置１００はトレース結果を参照して条件分岐でどちらに分岐に進むかを特定することで、実行パスを大きく削減することができる。続いて不具合分析装置１００は、残った実行パスに含まれる関数について引数と戻り値の範囲について仕様と矛盾する不具合条件を算出する。
不具合分析装置１００は不具合条件を効率よく算出でき、開発者は不具合条件を参照することで不具合を特定して修正することができる。

トレース処理追加装置２００は、通る実行パスが多く呼び出し回数が多いため、不具合発生の頻度が高いと考えられる関数から順にＴｒａｃｅ文を挿入する。このようにすることで実行ログのサイズを抑えつつ効率よく不具合発生時の変数情報を取得できるようになる。延いては実行ログのための実機３５０の記憶容量を抑えることができ、コストを抑制することができる。

≪変形例：トレース処理追加≫
上記した実施形態においてトレース処理追加装置２００のトレース箇所決定部２１２は、通る実行パスが多いノード（関数）ほどＴｒａｃｅ文の挿入順位が高いとしている（図６記載のステップＳ１２参照）。トレース箇所決定部２１２は、不具合発生が多い関数ほどＴｒａｃｅ文の挿入順位を高くするようにしてもよい。また、トレース箇所決定部２１２は、テストを行っていない実行パスへのＴｒａｃｅ文の挿入順位を高くするようにしてもよい。

図１１は、本実施形態の変形例に係る不具合履歴データベース６１０のデータ構成である。不具合履歴データベース６１０は、トレース処理追加装置２００の記憶部２２０に記憶される。不具合履歴データベース６１０は表形式のデータであって、１つの行（レコード）は１つの不具合発生を示す。レコードは、識別番号６１１（図１１では＃と記載）、不具合発生日時６１２、および発生箇所６１３の列（属性）を含む。識別番号６１１は、不具合発生の識別情報である。不具合発生日時６１２は、不具合が発生した日時である。発生箇所６１３は、不具合があった関数である。

図１１記載の不具合履歴データベース６１０によると、関数Ａで３件、関数Ｂで２件の不具合が発生している。このため、関数Ａおよび関数Ｂには、まだ見つかっていない不具合がある可能性が高いと推定される。このような推定に基づいてトレース箇所決定部２１２は、Ｔｒａｃｅ文の挿入順位について、不具合発生が発生した関数を高くするようにしてもよい。トレース箇所決定部２１２は、不具合発生の回数が多い関数ほど、Ｔｒａｃｅ文の挿入順位を高くするようにしてもよい。このようにしてＴｒａｃｅ文の挿入順位を決めることで、不具合発生が多いと思われる関数を通る実行パスを削減できるようになる。

図１２は、本実施形態の変形例に係るテスト履歴データベース６２０のデータ構成である。テスト履歴データベース６２０は、トレース処理追加装置２００の記憶部２２０に記憶される。テスト履歴データベース６２０は表形式のデータであって、１つの行（レコード）は１つのテストを示す。レコードは、識別番号６２１（図１２では＃と記載）、テスト日時６２２、および実行パス６２３の列（属性）を含む。識別番号６２１は、テストの識別情報である。テスト日時６２２は、テストを行った日時である。実行パス６２３は、テストした実行パスである。

テスト済みの実行パスに不具合が含まれている可能性は低く、テストをしていない実行パスに、まだ見つかっていない不具合がある可能性が高いと推定される。このような推定に基づいてトレース箇所決定部２１２は、Ｔｒａｃｅ文の挿入順位について、テストしていない実行パスを高くするようにしてもよい。このようにしてＴｒａｃｅ文の挿入順位を決めることで、不具合発生が多いと思われる実行パスと部分パスを共有する実行パスを削減できるようになる。

上記した実施形態ではトレース箇所決定部２１２は、実行パス情報４２０に含まれる関数の呼び出し関係である関数実行パスが多く通る関数から順にＴｒａｃｅ文を挿入する候補の関数とする（図６のステップＳ１２参照）。トレース箇所決定部２１２はステップ実行パスを参照して、実行パスが多く通る条件分岐文から順にＴｒａｃｅ文を（当該条件文に前に）挿入する候補としてもよい。関数単位に比べて、より細かい粒度でＴｒａｃｅ文の挿入順位を決めることができるようになり、より有用なトレース結果が実行ログに記録され、不具合分析の効率が向上するようになる。

≪変形例：トレース処理≫
上記の実施形態におけるトレース処理（Ｔｒａｃｅ文）は、条件分岐文に含まれる変数の値を実行ログに出力している。不具合分析装置１００は、この値を参照して何れの分岐先に分岐したかを判断している。トレース処理は、変数の値を出力する替わりに何れの分岐先に分岐したかを示す情報を出力するようにしてもよい。例えば、条件分岐文の条件式の値（条件の真偽値）を記録するようにしてもよい。

≪変形例：不具合条件≫
上記した実施形態では不具合条件として、不具合分析装置１００は関数の引数の範囲を示す論理式と、戻り値の範囲外を示す論理積との論理積を満たす条件（引数の値）を算出している（図８参照）。不具合分析装置１００は関数仕様と矛盾（相反）する他の不具合条件を求めてもよい。例えば、関数の引数の範囲を示す論理式と、実行パスのなかで当該関数が直接または間接に呼び出す関数の引数の範囲外を示す論理式との論理積を満たす条件を算出してもよい。例えば図８において、関数ｂａｒの引数の仕様から求まる関数ｆｏｏの引数（ａ＋ｂ、ａ－ｂ）の範囲を示す論理式と、関数ｆｏｏの引数の仕様で示される論理式の否定との論理積を満たす条件を算出してもよい。

上記した実施形態において記号実行を用いて不具合条件を探す対象の関数は、実行パスに含まれる関数である。実行パスに含まれる関数であって、不具合が多く発生している関数（図１１参照）から順に不具合条件を探すようにしてもよい。また、テストをしていない実行パスを含む（図１２参照）関数から順に不具合条件を探すようにしてもよい。実行ログ４６０に異常（エラー）が発生した関数やステップの情報が含まれていれば、不具合分析装置１００は当該関数、または当該ステップを含む関数から順に不具合条件を探すようにしてもよい。または、不具合分析装置１００の利用者（開発者）が指定した関数について不具合条件を探すようにしてもよい。このように、優先順位を付けて不具合条件を求めることで、より効率的に不具合条件を算出することができる。

前記不具合条件を探す対象は残存実行パスに含まれる関数（メソッド）であったが、加減乗除やインクリメントなどの演算を関数と見なして含めてもよい。例えば不具合箇所検出部１１３は、変数（変数の型）の仕様を利用して不具合条件を探してもよい。例えば加算について不具合箇所検出部１１３は、加算の結果が変数の仕様の範囲内であって、桁あふれが発生しないことを条件に不具合条件を探してもよい。また、配列のインデックスとなる変数や式について不具合箇所検出部１１３は、その値が当該配列の長さに対応していることを条件に不具合条件を探してもよい。

≪その他変形例≫
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例示に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。例えば、上記した実施形態では、トレース処理追加装置２００、および不具合分析装置１００の入力として、全ての実行パス情報を含む実行パス情報４２０がある。トレース処理追加装置２００および不具合分析装置１００は、ソースコード４１０またはトレース処理付きソースコード４４０を分析して実行パスを抽出して、実行パス情報４２０を不要としてもよい。

不具合分析支援システム１０は不具合分析装置１００およびトレース処理追加装置２００を含んで構成されるが、２つの装置は一体となって１つの装置であってもよい。また、一部の機能部が一体となってもよい。例えば、トレース箇所決定部２１２とトレース処理追加部２１３とが一体となってトレース処理追加部となってもよいし、不具合箇所検出部１１３と記号実行エンジン１１４とが一体となって不具合箇所検出部となってもよい。

本発明はその他の様々な実施形態を取ることが可能であり、さらに、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等種々の変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本明細書等に記載された発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 不具合分析支援システム
１００ 不具合分析装置（プログラム分析装置）
１１１ 関数仕様取得部（実行パス取得部）
１１２ 実行パス削減部
１１３ 不具合箇所検出部
１１４ 記号実行エンジン
２００ トレース処理追加装置
２１１ ソースコード入出力部
２１２ トレース箇所決定部（トレース処理追加部）
２１３ トレース処理追加部
４１０ ソースコード
４２０ 実行パス情報
４３０ トレース仕様
４４０ トレース処理付きソースコード
４６０ 実行ログ
４７０ 関数仕様書
４８０ 不具合分析結果（不具合条件）
５００ 有向グラフ（実行パス）

Claims (7)

1. プログラムのなかで順に実行されるステートメントの列である実行パスについて、実行される可能性のある全ての実行パスである全実行パスから、前記プログラムに含まれる条件分岐の分岐先に係る情報を参照して実行されない実行パスを削除する実行パス削減部と、
   前記プログラムに含まれる関数の引数および戻り値の範囲の仕様を取得する関数仕様取得部と、
   前記実行パス削減部が削除した後の残存実行パスに含まれる関数のなかで、前記仕様と矛盾する前記引数の値である不具合条件を算出する不具合箇所検出部と、を備える
   ことを特徴とするプログラム分析装置。
2. 前記条件分岐の分岐先に係る情報は、前記プログラムの実行時に生成される実行ログに含まれる当該条件分岐で参照される変数の値、および当該条件分岐に含まれる条件式の値の何れかである
   ことを特徴とする請求項１に記載のプログラム分析装置。
3. 前記不具合条件は、
   前記残存実行パスに含まれる関数のなかで、前記引数の範囲を示す論理式と、前記戻り値の範囲を示す論理式の否定となる論理式との論理積を満足する前記引数および前記戻り値の値である不具合条件、および
   前記残存実行パスに含まれる関数のなかで、前記引数の範囲を示す論理式と、前記残存実行パスのなかで当該関数が直接または間接に呼び出す被呼び出し関数の引数の範囲を示す論理式の否定となる論理式との論理積を満足する当該関数の引数の値である不具合条件、の何れかである
   ことを特徴とする請求項１に記載のプログラム分析装置。
4. 前記不具合箇所検出部は、前記プログラムの実行時にエラーが発生したステートメントを含む前記残存実行パスを特定して、前記不具合条件を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載のプログラム分析装置。
5. 前記不具合箇所検出部は、不具合条件を算出する関数として過去に不具合が発生した関数を優先して不具合条件を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載のプログラム分析装置。
6. 前記不具合箇所検出部は、不具合条件を算出する関数としてテストが未実施である実行パスを含む関数を優先して不具合条件を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載のプログラム分析装置。
7. プログラム分析装置のプログラム分析方法であって、
   前記プログラム分析装置は、
   プログラムのなかで順に実行されるステートメントの列である実行パスについて、実行される可能性のある全ての実行パスである全実行パスから、前記プログラムに含まれる条件分岐の分岐先に係る情報を参照して実行されない実行パスを削除するステップと、
   前記プログラムに含まれる関数の引数および戻り値の範囲の仕様を取得するステップと、
   前記実行されない実行パスが削除された後の残存実行パスに含まれる関数のなかで、前記仕様と矛盾する前記引数の値である不具合条件を算出するステップと、を実行することを
   特徴とするプログラム分析方法。
   

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