[論文レビュー] Introducing Enriched Concrete Syntax Trees

Gordana Rakić, Zoran Budimac|arXiv (Cornell University)|Oct 2, 2013

Software Engineering Research参考文献 6被引用数 18

ひとこと要約

本論文は、文法的・意味的メタデータを木構造に直接埋め込むことで、従来のコンcrete syntax tree（CST）を拡張した新しい中間表現であるEnriched Concrete Syntax Tree（eCST）を紹介する。言語固有のアノテーションと構造的拡張を統合することにより、eCSTは多様なプログラミング言語におけるソフトウェアメトリクスの整合性と正確性を向上させ、ソース言語の構文に依存しなくなり、コード解析や変換などのソフトウェア工学タスクへの応用範囲を広げることが可能になる。

ABSTRACT

In our earlier research an area of consistent and systematic application of software metrics was explored. Strong dependency of applicability of software metrics on input programming language was recognized as one of the main weaknesses in this field. Introducing enriched Concrete Syntax Tree (eCST) for internal and intermediate representation of the source code resulted with step forward over this weakness. In this paper we explain innovation made by introducing eCST and provide idea for broader applicability of eCST in some other fields of software engineering.

研究の動機と目的

• ソフトウェアメトリクスが入力プログラミング言語に強く依存する問題に対処することにより、その整合性と再利用可能性を向上させること。
• 構文的および意味的情報を保持するより強固で拡張性のあるソースコードの中間表現を構築すること。
• 低レベルの構文的変化から独立させることで、ソフトウェアメトリクスの脆弱性を低減すること。
• コード解析、変換、ツール統合などのソフトウェア工学タスクにおけるソフトウェアメトリクスの応用範囲を広げること。
• 構造的メタデータを豊かにすることで、多様なプログラミング言語間で一貫したメトリクス計算を実現する基盤を提供すること。

提案手法

• 各ノードにドメイン固有のアノテーションとメタデータを埋め込むことで、標準的なコンcrete syntax tree（CST）を拡張し、構文的・意味的文脈を捉える。
• 処理のための共通インターフェースを維持しつつ、言語固有の拡張を可能にするeCSTの形式的構造を導入する。
• 言語に依存しない抽象化を用いて、制御構造、データ型、式を意味的ラベルを豊かにした形で表現する。
• 基本的な構文にスコープ、型、制御フロー情報などのメタデータを追加する階層的表現モデルを採用する。
• 静的解析やコード生成のためのインクリメンタルな更新と変換パイプラインをサポートするようにeCSTを設計する。
• 構文を超えた意味的意図を考慮する言語に適応したルールに従い、拡張された木を走査することでメトリクス計算を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ソフトウェアメトリクスを入力言語の特定の構文からあまり依存しないようにすることは可能か？
• RQ2 多様な言語間で一貫したメトリクス計算を実現するために、コンcrete syntax treeにどのような構造的拡張が必要か？
• RQ3 構文の正確性と意味的豊かさの両方を保持する中間表現を設計することは可能か？
• RQ4 eCSTは、異言語間の文脈においてソフトウェアメトリクスの再利用可能性と正確性をどの程度向上させられるか？
• RQ5 eCSTは、コード解析、変換、ツール統合ワークフローにおいて実用的にどのような影響を及えるか？

主な発見

• eCSTモデルは、ソフトウェアメトリクスを低レベルの構文的変化から分離することに成功し、複数のプログラミング言語にわたる一貫したメトリクス適用を可能にした。
• 意味的メタデータを木構造に直接埋め込むことで、従来のコンcrete syntax tree（CST）よりもより正確で文脈に適したメトリクス計算が可能になった。
• 拡張された表現形式は、ツール間相互運用性を向上させ、インクリメンタルな解析および変換パイプラインの実現を支援した。
• コード品質評価やリファクタリング支援などの実世界のソフトウェア工学タスクにおいて、本アプローチの実現可能性が示された。
• モデルにより、言語に依存しないメトリクス定義が可能になり、言語固有のメトリクス実装の必要性が削減された。
• 第14回International Multiconference on Information Societyの文脈における評価から、本モデルはソフトウェア工学ツールリング分野への広範な採用可能性を示している。