開発ツール

このページでは、静的・動的テストを助けるツール、統合開発環境（IDE）、リポジトリ、SubversionやGitによるバージョン管理、AI開発のツールがわかります。

• 一言で言うと：
  • プログラムを書いて、テストして、直して、管理するときに使う道具の用語集。「実行せずに調べる道具」と「実行しながら調べる道具」、それに「開発全体を支える道具」が出てくる。

テストを助ける道具（プログラミング・テスト支援）→ 開発全体を助ける道具（IDE・リポジトリ・バージョン管理）→ AI開発の道具

覚え方の軸

• テストツールは「プログラムを動かすかどうか」で2つに分ける：
  • 動かさない＝静的（構文チェッカ、コードオーディタ、モジュールインタフェースチェックツール）、動かす＝動的（アサーションチェッカ、トレーサ、カバレージ、プロファイラ、ICE）
• 動的ツールは「何を知りたいか」で選ぶ：
  • 条件が正しいか（アサーションチェッカ）、どう動いたか（トレーサ）、どこまでテストしたか（カバレージ）、どこが遅いか（プロファイラ）、機械の上でどう動くか（ICE）
• 「ある時点を写す」⇔「動いている最中を見る」：
  • スナップショット（特定の時点のメモリやレジスタ）⇔ インスペクタ（実行中のデータ）
• バージョン管理は「本体が1つ（集中型）」か「各自が丸ごとコピーを持つ（分散型）」か：
  • Subversion（中央集中型）⇔ Git（分散型）

プログラミング・テスト支援：テストを助ける道具

• 静的テストツール（静的解析ツール）：
  • プログラムを実行せずに検証するツール

ツール	何を調べる？
構文チェッカ	言語で決められた構文どおりに書かれているか
コードオーディタ	開発で独自に決めたプログラミング規約（コーディング規約）に違反していないか
モジュールインタフェースチェックツール	モジュール間のインタフェースの不一致（実引数と仮引数の個数や、対応する引数のデータ型の不一致）を見つける

• 実引数：
  • モジュール（手続）を呼び出すときに渡す引数
• 仮引数：
  • 手続の中で定義された引数
• MISRA-C：
  • 車載製品など、C言語で書く組込みシステムの品質（安全性と信頼性）を確保するための、C言語のコーディング規約
• 動的テストツール（動的解析ツール）：
  • プログラムを実行しながら検証するツール
• アサーションチェッカ：
  • プログラムの処理の正当性を検証する
  • プログラムの好きな位置に、アサーション（成り立っていなければならない変数間の関係や条件）を論理式で埋め込み、実行時にその式が成り立っているかを確かめる
  • 例：
    • 配列を昇順に整列するプログラムなら、終了直前に「すべての要素で A［i］≦ A［i＋1］」が成り立っているはず、という条件を埋め込む
• トレーサ（追跡プログラム）：
  • 命令単位、または指定した範囲でプログラムを実行し、実行直後のレジスタやメモリの内容などを逐次得られる
  • 実行順に命令と結果を確認できるので、誤りの箇所を特定できないときに効果がある
• テストカバレージ（分析）ツール（カバレージモニタ）：
  • ホワイトボックステストで、カバレージを測定する。テストの進み具合の確認と、テストそのものの品質測定ができる
  • カバレージ（網羅率）：
    • プログラムのすべての命令や経路のうち、テストで実行できた部分の割合
  • 種類：
    • C0（命令網羅）、C1（分岐網羅）、C2（条件網羅）など
  • 補足：
    • 自動車分野の機能安全規格ISO 26262では、テスト指標としてC1カバレージを使う
  • 例：
    • 命令が100個あって、テストで80個を通ったなら、C0カバレージは 80 ÷ 100 ＝ 80%
• プロファイラ：
  • プログラムの性能を分析するツール
  • モジュールや関数の呼出し回数とその時間、実行時のメモリ使用量やCPU使用量などを集める
  • 「動作が遅い」「メモリ不足エラーが出る」とき、どこで遅くなっているか、何がメモリを使っているかなど、ボトルネックを見つけるのに役立つ
• ICE（インサーキットエミュレータ）：
  • ソフトウェアやハードウェアのデバッグを行う装置
  • MPUをエミュレートする機能を持つ。対象システムのボード上に、MPUの代わりに接続して使う
  • 機能：
    • プログラムを1ステップずつ実行する、実行途中で一時停止させるブレークポイント、レジスタやメモリの値の表示・変更など
• エミュレート：
  • 模擬的に動作させること
• その他のプログラミング・テスト支援ツール

ツール	何をする？
スナップショット	プログラムの特定の時点での、メモリやレジスタの内容を出力する
インスペクタ	実行中のプログラムのデータ（変数やオブジェクト）の内容を表示する
テストデータ生成ツール	テストデータのデータ構造を与えると、自動でテストデータを作る
テストベッドツール	新しい技術の実証実験や、プログラムの一部を隔離してテストするときに使うテスト環境（プラットフォーム）

開発を支援するツール：開発全体を支える道具

• IDE（Integrated Development Environment：統合開発環境）：
  • ソフトウェアの開発作業全体を、1つの環境で一貫して支援する
  • ふつうの開発は「エディタでソースを書く → コンパイラとリンカで実行ファイルを作る → テスト支援ツールでデバッグする」。IDEはこれを1つにまとめ、エディタ、コンパイラ、リンカ、デバッガに加え、バージョン管理などの支援ツールもまとめて提供する
  • 代表例：
    • Eclipse（もとはJava用。今はC、C++、Python、Rubyなど多くの言語に対応）
• リポジトリ：
  • ソフトウェアの開発と保守での、さまざまな情報を一元管理するデータベース
  • 各工程の成果物を一元管理するので、用語を統一でき、開発・保守の効率が上がる
  • 同じ情報でもバージョンの違うものがあるので、複数のバージョンを管理する機能が必要
• メタデータ：
  • データの属性や意味内容など、データ自身に関する情報
• データディクショナリ：
  • メタデータを収集・登録して管理したもの。データの管理が基本
  • リポジトリとの違い：
    • リポジトリは、対象をプログラムやシステムにまで広げ、各工程の成果物をメタ情報として管理するデータベース
• バージョン管理ツール（ソースコード管理ツール）：
  • ソースコードのバージョンや変更履歴を管理するツール。代表はSubversionとGit

ツール	型	仕組み
Subversion（Apache Subversion）	中央集中型	ソースと変更履歴はすべて中央リポジトリに記録される。開発者はネットワーク経由で中央リポジトリにつなぎ、checkoutかupdateでソースを取り出し、commitで中央リポジトリに変更を反映する
Git	分散型	全履歴を含む中央リポジトリの完全な複製を、各開発者の作業用ディレクトリ（ローカルリポジトリ）にコピーして使う。ローカルリポジトリで開発してcommitし、好きなタイミングで中央リポジトリに反映する

• Subversionの短所：
  • 複数の開発者が1つのリポジトリを共有するので、変更点の競合が起きやすい
• 補足：
  • Gitで、ローカルリポジトリの内容を中央（リモート）リポジトリに反映するコマンドは push
• 注意：
  • 同じ「commit」でも、Subversionは中央リポジトリに反映、Gitはローカルリポジトリに反映

AIの開発に用いられるOSS

名前	何のためのもの？
Chainer	ニューラルネットワークを使う機械学習の機能を持つオープンソース・ライブラリ。ディープラーニング（深層学習）のフレームワーク。Pythonで簡単なコードを書くだけでモデルを作れ、GPUで高速化もできる
OpenCV	Open Source Computer Vision Library。画像処理・画像解析の機能を持つオープンソース・ライブラリ。ディープラーニングの画像認識でよく使う。Python、C/C++、Java、MATLAB用に公開されている
R	統計解析に特化したプログラミング言語と実行環境。データ分析やグラフ描画のパッケージが多数公開されていて、機械学習やデータマイニングでも使われる

• MATLAB：
  • 数値解析ソフトウェア。行列計算やベクトル演算のライブラリが豊富な、行列ベースのテクニカルコンピューティング言語
• 注意（古くなっている情報）：
  • Chainerは、開発元のPreferred Networksが2019年12月に研究開発基盤をPyTorchに移行すると発表し、メンテナンスフェーズに入っている（新機能の開発は終了）。試験では「ディープラーニングのフレームワーク」として覚えればよい

混同しやすいペア

• 静的テストツール（実行しない）／動的テストツール（実行する）
• 構文チェッカ（言語の構文に合っているか）／コードオーディタ（自分たちのコーディング規約に合っているか）
• 実引数（呼び出す側が渡す）／仮引数（手続の中で定義された）
• アサーションチェッカ（条件が成り立っているかを確かめる）／トレーサ（命令ごとの実行結果を追う）
• テストカバレージツール（どこまでテストしたか）／プロファイラ（どこが遅いか、何がメモリを使っているか）
• スナップショット（特定の時点のメモリやレジスタを出力）／インスペクタ（実行中の変数やオブジェクトを表示）
• ICE（MPUの代わりにつなぐデバッグ装置）／エミュレータ（言語処理ツールのほう。ハードで内部動作まで再現する）
• リポジトリ（プログラムやシステムまで含めた成果物を管理）／データディクショナリ（データのメタデータを管理）
• Subversion（中央集中型。commitで中央に反映）／Git（分散型。commitでローカルに反映し、後で中央へ）
• Chainer（ディープラーニング）／OpenCV（画像処理）／R（統計解析）

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