JPH0950379A - プログラム意味保存コード移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プログラムの意味を変えずに一般のコードの
移動を可能にし、ソフトウェア改造時の影響を除去でき
るようなプログラム意味保存コード移動装置を提供す
る。 【解決手段】 一般の手続型言語で記述されたプログラ
ムにおいて、プログラム内の命令の間の制御の流れを解
析してフローグラフ作成部１によってフローグラフ３を
作成し、フローグラフ解析部４によってフローグラフ３
を元にして命令の間の支配関係を支配木９と呼ぶ木構造
で記録し、一般コード移動条件検査部１０によって支配
木９内のある支配ノードを起点としてフローグラフ３内
のパスを辿りながら、コード移動の対象となる命令がコ
ード移動条件を満足するかどうかを判別し、満足する場
合にはプログラムの意味を変えることなくコード移動の
対象となるコードを支配ノードの直前の位置に移動す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はプログラム意味保
存コード移動装置に関し、特に、一般の手続型言語で記
述されたプログラムにおいて、プログラムの改造時にコ
ードを移動することにより改造による副作用を自動的に
除去することを可能とするプログラム意味保存コード移
動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プログラムコード移動に関する従来例と
して、ループ不変命令のループ外移動があり、ループの
中で常に実行結果の変わらない命令をループの外に移動
すれば、プログラムの実行効率を上げることができる。

【０００３】図３はそのようなループ不変命令のコード
移動について説明するためのフローグラフである。図３
に示したフローグラフは、ｎを得て、ｘ＝０，ｗ＝２を
設定した後、ｉ＝１に設定して、ループを実行し、ｖ＝
ｗ＋１の演算式よりｖを得て、ｘ＝ｘ＋ｖの演算式より
ｘの値を演算し、ｉがｎになるまでループを実行し、ｉ
がｎになったときｘを出力する。

【０００４】ｖ＝ｗ＋１の命令はループの中で常に実行
結果の変わらないループ不変命令であり、ｉを＋１する
ごとに同じ演算を実行するためにプログラムの実行効率
が悪くなる。そこで、このような命令をループの外のヘ
ッダの上に移動できればプログラムの実行効率を上げる
ことができる。

【０００５】ループ内の命令ｓをループヘッダの前に移
動できるための移動条件は次のようなものである。ここ
で、ループヘッダ，定義，使用，支配などの用語につい
ては、A. V. Aho and J. D. Ullman, “Principles of
Compliler Design, ”Addison-Wesley, 1977. に記載さ
れている。

【０００６】命令ｓでは変数ｖを定義（設定）するもの
とする。ここで、Ｕｓｅ（ｓ）は、命令ｓで使用される
変数の集合である。 （Ｌ１）任意の変数ｗ∈Ｕｓｅ（ｓ）に対して、命令ｓ
に到達する変数ｗの定義はループ外にある。 （Ｌ２）命令ｓはループのすべての出口を支配する。す
なわち、出口を通り抜けるときは必ずその前に命令ｓを
実行している。 （Ｌ３）ループ内で変数ｖを定義する命令は、命令ｓの
みである。 （Ｌ４）ループ内での変数ｖの使用に到達する変数ｖの
定義は、命令ｓのみである。

【０００７】この従来例では、ループ内の命令ｓが（Ｌ
１）から（Ｌ４）までの条件を満足する場合には、プロ
グラムの意味を変えずに、この命令ｓをループの外に、
すなわちループヘッダの前に移動することができる。図
３に示した例では、命令“ｖ：＝ｗ＋１；”は（Ｌ１）
から（Ｌ４）までのすべての条件を満足している。した
がって、この命令“ｖ：＝ｖ＋１；”は命令“ｗ：＝
２；”の直後の位置に移動することができる。

【０００８】図４は従来のループ不変命令の移動条件を
検査するシステムのブロック図である。図４において、
フローグラフ作成部１は、ソースプログラム２内の命令
の間の制御の流れを解析して、命令をノード，ノードか
らノードへ制御の流れをアークとするフローグラフ３を
作成する。フローグラフ解析部４はフローグラフ３を基
にして、命令の間の支配関係を、命令をノード，ノード
間の支配関係をアークとする支配木と呼ぶ木構造で記録
するとともに、すべての変数について、その支配木５の
到達するノードを記録する。ループ検出部６は支配木５
を用いてフローグラフ３内に存在するループを検出し、
ループ情報７を記録する。ループ不変命令移動条件検査
部８は、支配木５，到達する定義およびループ情報７を
用いて、コード移動の対象となる命令がループ不変命令
移動条件を満足するか否かを検査し、ループ不変命令移
動条件を満足する場合には、プログラムの意味を変える
ことなく、ループ不変命令をループヘッダの前に移動
し、ループ不変命令移動条件を満足しない場合には、ル
ープ不変命令の移動を禁止する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来の方法で
は、ループ不変命令をループ外に移動することはできる
が、ソフトウェアの改造を行なう場合には、任意の命令
をある条件を満たす位置、すなわち、改造による影響が
波及しない位置に移動させたい場合が生じる。しかし、
ループだけに着目した従来のコード移動技術では、この
問題を解決することはできない。ソフトウェアの改造時
に発生するこの問題について、以下に詳細に説明する。

【００１０】図５は改造の対象となるプログラムＣｈａ
ｒｇｅ１を示す図であり、図６は改造対象機能である通
話料の総計Ｍのスライスを示す図であり、図７は改造後
のプログラムＣｈａｒｇｅ２を示す図である。

【００１１】図５に示す課金プログラムＣｈａｒｇｅ１
は、各呼びにおける通話開始時刻ｔｓ，通話終了時刻ｔ
ｅ，通話距離ｄを入力して、通話料の総計Ｍと通話時間
の総計Ｔを出力するプログラムである。ＴＤ（ｔｓ，ｔ
ｅ），Ｔｎ（ｔｓ，ｔｅ）はそれぞれ、各呼びにおける
昼間時間帯（８：００〜１９：００），夜間時間帯（１
９：００〜８：００）における通話時間を返す関数であ
り、ｒｓ，ｒｔはそれぞれ昼間時間帯，夜間時間帯にお
ける課金率であり、Ｒ（ｄ）は距離ｄに応じた課金率を
返す関数であるとする。通話料の総計Ｍに関して、プロ
グラムを次のように改造を行なう場合を考える。

【００１２】従来の夜間時間帯（１９：００〜８：０
０）を夜間時間帯（１９：００〜２３：００）と深夜時
間帯（２３：〜８：００）の２つに分け、各々の課金率
をｒｕ，ｒｖとして、通話料の総計Ｍを出力するよう
に、プログラムを改造する。各呼びにおける深夜時間帯
における通話時間を返す関数として、ＴＬ（ｔｓ，ｔ
ｅ）を用いることとする。

【００１３】ソフトウェアを改造する場合には、改造対
象機能（この場合には、通話料の総計Ｍ）を計算してい
る部分をプログラムの中から抽出する。これを改造対象
機能に関するスライスと呼ぶ。改造対象機能に関するス
ライスを求める方法はK. B.Gallagher and J. R. Lyle,
“Using Program Slicing in Software Maintenace,
” IEEE Transactions on Software Engineering, Vo
l. 17, No. 8, August 1991, pp. 751-761. に記載され
ている。課金プログラムＣｈａｒｇｅ１において、改造
対象機能Ｍに関するスライスを求めると、図６に示すよ
うになる。

【００１４】図６において、左側に示した命令が改造対
象機能Ｍに関するスライスである。右側の雲形で囲まれ
た命令はスライスに含まれない部分、すなわち改造対象
でない部分を表わしている。スライスに含まれる命令の
うち、枠で囲まれた部分は通話時間の総計Ｔ（改造対象
ではない）を計算している部分でも使用されている命令
であり、この部分に対する編集は行なわない。この改造
対象機能Ｍに関するスライスに対して、図７に示すよう
な改造を行なう。

【００１５】すなわち、新たに設定した夜間時間帯（１
９：００〜２３：００）と深夜時間帯（２３：００〜
８：００）の各々の通話料ｍｖ，ｍｕを求め、それらを
昼間時間帯（８：００〜１９：００）の通話料ｍｓに加
えるという方法により、新しい通話料ｍを求める。図７
において、Ａｍは追加した命令であり、ｒｎは命令ｎを
変更（削除，追加）したことを表わす。命令Ａ１で深夜
時間帯における通話時間ｕを求め、命令Ａ２で新たに設
定した夜間時間帯における通話時間ｖを算出し、それら
から命令Ａ３，Ａ４において、夜間時間帯と深夜時間帯
の各々の通話料ｍｖ，ｍｕを求め、最後に命令Ｒ１０で
昼間時間帯も併せた合計の通話料ｍを求めている。旧使
用である夜間時間帯（１９：００〜８：００）の通話料
ｍｔを算出していた命令７は不要なので削除している。

【００１６】改造対象機能Ｍに関するスライスは実行可
能な部分プログラムであり、この部分プログラムに対し
て行なった改造の結果は正しい。しかし、改造部分が非
改造部分から影響を受けているため、プログラム全体と
しては正しく実行されない。なぜならば、プログラムは
改造対象部分に着目して改造を行なっており、追加した
命令Ａ２では、改造対象部分内の命令５で算出した夜間
時間帯（１９：００〜８：００）におけり通話時間ｔを
使用しているが、この変数ｔはプログラマの意図してい
ない非改造部分内（命令８）でも定義されている。その
ために、この例の場合には、命令Ａ２では新たに設定し
た夜間時間帯（１９：００〜２３：００）における通話
時間ｖの値を正しく求めることができない。

【００１７】このように、非改造部分から影響を受けて
いるコードを移動することにより、このような影響をシ
ステムが自動的に除去できれば、プログラマは改造した
い部分だけに着目して、改造作業を進めることができる
ようになる。また、テスト作業も改造対象機能のスライ
スに対して行なえば、プログラム全体に対してテストし
たのと同じ効果を持つことになる。

【００１８】それゆえに、この発明の主たる目的は、こ
のような問題点を解消し得て、プログラムの意味を変え
ずに、コードを移動し得る一般的な手法であるプログラ
ム意味保存コード移動装置を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明はプログラム意
味保存コード移動装置であって、フローグラフ作成部に
よってプログラム内の命令の間の制御の流れを解析し
て、フローグラフ作成部によって命令をノード，ノード
からノードへ制御の流れをアークとするフローグラフを
作成し、そのフローグラフを基にして、フローグラフ解
析部によって命令の間の支配関係を、命令をノード，ノ
ード間の支配関係をアークとする支配木と呼ぶ木構造で
記録し、支配木内のある支配ノードを起点としてフロー
グラフ内パスを辿りながら、一般コード移動条件検査部
によってコード移動の対象となるコードがコード移動条
件を満足するか否かを検査し、一般コード移動条件を満
足する場合には、プログラムの意味を変えることなく、
コード移動の対象となるコードを支配ノードの直前の位
置に移動することにより、プログラムの改造時に発生す
る副作用をコード移動することにより自動的に除去する
ことが可能となり、プログラム改造作業を容易にする。

【００２０】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態の改造対象
のプログラミング言語としては、Ａｄａ，Ｐａｓｃａ
ｌ，Ｃなどの一般の手続型言語を想定しているが、ここ
では図７で用いたＡｄａ言語で記述されたプログラムＣ
ｈａｒｇｅ２を例にとって説明していく。

【００２１】図１はこの発明の実施の形態のブロック図
である。図１において、フローグラフ作成部１は図４と
同じであり、ソースプログラム２内の命令の間の制御の
流れを解析して、命令をノード，ノードからノードへ制
御の流れをアークとするフローグラフ３を作成する。フ
ローグラフ解析部４はフローグラフ３を基にして命令の
間の支配関係５、命令をノード，ノード間の支配関係を
アークとする支配木９と呼ぶ木構造で記録する。

【００２２】さらに、一般コード移動条件検査部１０は
支配木９内のある支配ノードを起点としてフローグラフ
３内のパスを辿りながら、コード移動の対象となるコー
ド（命令）がコード移動条件を満足するか否かを検査す
る。変数ｖへ値を設定する代入命令ｓを移動する位置を
ｐｏｓとする。改造対象部分プログラムに関して、以下
の記号を導入する。

【００２３】ＵｓｅＩｎｓ：命令ｓ以外の変数ｖを使用
している命令の集合。 ＤｅｆＩｎｓ：命令ｓ以外の変数ｖを定義している命令
の集合。 すると、改造対象部分プログラムにおいて、任意の命令
ｕ∈ＵｓｅＩｎｓ，命令ｄ∈ＤｅｆＩｎｓに対して、以
下に示す条件（Ｃ１）〜（Ｃ４）が成立するならば、命
令ｓを位置ｐｏｓに移動しても、改造対象プログラムＳ
ｌｉｃｅＲの意味は変わらない。すなわち、どんな入力
を与えて実行しても、ＳｌｉｃｅＲ内の命令ｓ以外の各
命令の実行結果は変わらない。命令ｓは変数ｗ∈Ｕｓｅ
（ｓ）を使用して変数ｖを定義している。

【００２４】条件（Ｃ１）：位置ｐｏｓは命令ｓを支配
する（すなわち、フローグラフ上で、開始ノードから命
令ｓに至るすべてのパスが位置ｐｏｓを通過する）。

【００２５】条件（Ｃ２）：位置ｐｏｓから命令ｓに至
るパスで始点以外にｐｏｓを含まないすべてのパスが、
命令ｓ以外に変数ｖを定義する命令を含まない。

【００２６】条件（Ｃ３）：位置ｐｏｓから命令ｓに至
る、始点以外にｐｏｓを含まないすべてのパスが任意の
変数ｗ∈Ｕｓｅ（ｓ）に対して、変数ｗを定義する命令
を含まない。

【００２７】条件（Ｃ４）：位置ｐｏｓから命令ｕに至
るパスは、命令ｓあるいは命令ｓ以外の変数ｖを定義す
る命令を含む。

【００２８】条件（Ｃ１）〜（Ｃ４）を満足する命令ｓ
を移動できる位置ｐｏｓが見つかった場合には、その位
置（返された命令の直前が位置ｐｏｓを表わす）を出力
し、そうでない場合にはＦａｉｌｕｒｅを出力して停止
する一般コード移動アルゴリズムを図２に示す。

【００２９】まず、すべての変数ｗ∈Ｕｓｅ（ｓ）に対
して、変数ｗの定義が命令ｓに到達するパスの集合Ｄｅ
ｆＰａｔｈｓ（ｗ）を予め求めておく（ただし、各パス
を表わす命令の列から、始点である変数ｗを定義する命
令および終点である命令ｓを除外しておく）。改造対象
部分プログラムにおいて、命令ｓを支配するノードの集
合は、支配関係に関して全順序関係を持つ。このことは
前述のA. V. Aho andJ. D. Ullman, “Principles of C
pmplier Design,” Addison-Wesley, 1977.に記載され
ている。命令ａが命令ｂを支配することをａ＜ｂで表わ
すこととし、命令ｓを支配するノードの集合をｄｏｍ
［１］＜ｄｏｍ［２］＜…＜ｄｏｍ［ｎ］（＜ｓ）とす
る。ここで、ｄｏｍはｄｏｍｉｎａｔｏｒの略であり、
支配を意味している。

【００３０】ｄｏｍを始点とするパスを順に辿るには、
分岐箇所において辿っていない分岐をスタックにプッシ
ュダウンして、パスのトラバースを続け、既に辿ったノ
ードに出会うか、あるいは次に続くノードがない場合
に、スタックをポップアップして次のパスを辿っていけ
ばよい。パスを辿りながら、命令ｕ，命令ｄあるいは命
令ｓに出会うかどうかを調べ、各命令に応じた処理を行
なう。

【００３１】次に、具体的な例として、この発明を用い
て図７に示した改造プログラムＣｈａｒｇｅ２を実行す
る動作について説明する。図７に示した改造プログラム
Ｃｈａｒｇｅ２では、命令Ａ２で変数ｔを使用していた
が、非改造部分内に存在する命令８における変数ｔの定
義が命令Ａ２に到達しているため、非改造部分から影響
を受けている。非改造部分から受けるこの影響を除去す
るために、影響を受けている命令Ａ２を移動できる位置
を見つけるために一般コード移動アルゴリズムを適用し
てみる。

【００３２】すなわち、ＵｓｅＩｎｓ＝｛Ａ３｝，Ｄｅ
ｆＩｎｓ＝φ，Ｕｓｅ（Ａ２）＝｛ｔ，ｕ｝となる。こ
れは、ＵｓｅＩｎｓは命令ｓ以外の変数ｖを使用してい
る命令の集合であるため命令Ａ３がこれに相当し、Ｄｅ
ｆＩｎｓは命令ｓ以外の変数ｖを定義している命令の集
合であるが、定義している命令は存在しないので空集合
φとなる。命令Ａ２で使用している変数はｔとｕである
ため、Ｕｓｅ（ａ２）＝｛ｔ，ｕ｝となる。変数ｔは命
令５で定義しており、変数ｔの定義が命令Ａ２に到達す
るパスの集合は、ＤｅｆＰａｔｈｓ（ｔ）＝｛〈Ａ１，
６〉｝であり、変数ｕは命令Ａ１で定義しており、変数
ｕの定義が命令Ａ２に到達するパスの集合は、ＤｅｆＰ
ａｔｈｓ（ｕ）＝｛〈６〉｝である。

【００３３】命令Ａ２を支配するノードは命令１＜命令
３＜命令４＜命令５＜命令Ａ１＜命令６である。まず、
命令Ａ２を支配する命令６について考えると条件（Ｃ
１）をクリアしている。ＤｅｆＰａｔｈｓ（ｔ），Ｄｅ
ｆＰａｔｈｓ（ｕ）内のパスはともに命令６を含む。し
たがって、上述の条件（Ｃ３）をクリアしている。命令
Ａ２から命令６を通らないで命令Ａ２に戻るパスは存在
しない。したがって、条件（Ｃ２）の一部をクリアして
いる。

【００３４】命令６を始点とするパスを辿ると、命令Ａ
２に出会い、命令ｕやｄに出会うことはないので、条件
（Ｃ４）をクリアし，条件（Ｃ２）も完全にクリアして
いる。それ以外の途中に分岐する箇所はなく、調べるべ
きパスは他に存在しないため、命令Ａ２の移動可能な位
置として命令６が出力される。非改造部分内に存在する
変数ｔの定義（命令８）は命令６には到達しないため、
命令Ａ２を命令６の直前の位置に移動すれば、プログラ
ムの意味を変えずに、かつ非改造部分からの影響も除去
することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、プロ
グラムの意味を変えずに、一般のコードの移動可能な位
置を求めることができるため、ソフトウェア改造時の影
響の自動的除去など、従来技術に比べて広範囲に応用で
きる利点がある。また、ループヘッダの前の位置をｐｏ
ｓとすると、ループヘッダの性質から条件（Ｃ１）が条
件（Ｌ３）から（Ｃ２）が、（Ｌ１）から（Ｃ３）が、
また（Ｌ２），（Ｌ４）から（Ｃ４）が導かれる。した
がって、ループ不変命令移動条件は、一般コード移動条
件の特殊な場合となっていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態によるプログラム意味保存
コード移動装置のブロック図である。

【図２】この発明の実施形態による一般コード移動のア
ルゴリズムを示す図である。

【図３】ループ不変命令のコードを移動を説明するため
のフローグラフを示す図である。

【図４】従来のループ不変命令の移動条件を検査するシ
ステムのブロック図である。

【図５】改造対象プログラムＣｈａｒｇｅ１を示す図で
ある。

【図６】改造対象機能である通話料の総計Ｍのスライス
を示す図である。

【図７】改造後のプログラムＣｈａｒｇｅ２を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ フローグラフ作成部 ２ ソースプログラム ３ フローグラフ ４ フローグラフ解析部 ９ 支配木 １０ 一般コード移動条件検査部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一般の手続型言語で記述されたプログラ
   ムにおいて、 前記プログラム内の命令の間の制御の流れを解析して、
   命令をノード，ノードからノードへの制御の流れをアー
   クとするフローグラフを作成するフローグラフ作成手段
   と、 前記フローグラフ作成手段によって作成されたフローグ
   ラフをもとにして命令の間の支配関係を、命令をノー
   ド，ノード間の支配関係をアークとする支配木と呼ぶ木
   構造で解析するフローグラフ解析手段と、 前記フローグラフ解析手段によって解析された支配木内
   のある支配ノードを起点としてフローグラフ内のパスを
   辿りながら、コード移動の対象となるコードがコード移
   動条件を満足するか否かを検査する一般コード移動検査
   手段を備え、 前記コード移動条件を満足する場合には、前記プログラ
   ムの意味を変えることなく、コード移動の対象となるコ
   ードを支配ノードの直前の位置に移動することを特徴と
   する、プログラム意味保存コード移動装置。