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制御系システムや自動化システムをメインに開発歴10年以上の現役ITエンジニアです。開発言語は C++、C#、VB.Net、Java、PHP、Python、ASP、JavaScript、HTML、CSS…

デバッグは、プログラムが正常に動作するための重要な作業です。開発の過程で必ず発生するバグ(エラー、不具合)を発見し、原因を特定して修正することがデバッグの目的となります。

私たちが日々使用しているソフトウェアやアプリケーションは、開発時に膨大なデバッグ作業が行われています。デバッグが十分に行われていないと、予期せぬ動作や深刻なセキュリティ上の問題が発生する可能性があります。つまり、デバッグはソフトウェアの品質と信頼性を確保する上で欠かすことのできないプロセスなのです。

「デバッグとテストの違いは？」「デバッグの方法は？」そんな疑問に本記事では詳しく説明をしていきます。

デバッグとは？

デバッグ（Debug）とは、ソフトウェアやシステム内のバグ（エラーや不具合）を見つけ、修正するプロセスです。テストで発見された問題を特定し、原因を解析して修正します。品質管理や正確な動作を確保するために欠かせない作業になります。プログラミングは、たった一文字のスペルミスで予期せぬバグが発生し、動作することが出来ないことも多々あります。

例えば、Pythonの以下のコードを見て下さい。

このプログラムでは、「totla」 という変数が 「total」 のスペルミスにより誤って使用されています。したがって、正しい合計値が計算されず、エラーが発生します。この不具合はデバッグによって正常に動作するように修正します。

デバッグが求められる理由

デバッグが求められる最大の理由は、ソフトウェアやシステムの正常な動作を保証するためです。バグやエラーが残っていると、予期せぬ動作や誤った結果を引き起こす可能性があるため、修正が必要になります。

さらに、パフォーマンスの向上やコードの理解など様々な利点があります。デバッグが必要な主な理由は以下のとおりです。

• プログラムのエラーやバグの修正
• パフォーマンスやリソース利用の改善
• コードの理解と変更の容易化
• ユーザーの問題の特定と解決
• 新機能の検証

デバッグは開発プロセスの必須の作業であり、バグのない品質の高いソフトウェアを提供するために欠かせない作業だと言えます。

デバッグとテストの違い

デバッグとテストは密接に関係しているものの、異なる目的と手順を持っています。デバッグとは、プログラムの実行中に発生したエラーやバグの原因を特定し、修正するプロセスです。つまり、既知の問題を解決することが目的です。

• ステップ実行
• 変数監視
• スナップショット比較

エラーの発生状況を詳細に追跡する作業が含まれます。

一方、テストは事前にプログラムの振る舞いを検証することが目的です。

• 単体テスト
• 統合テスト
• システムテスト

など、様々な観点から意図した通りに動作するかを確かめます。テストではテストケースの設計、テストデータの用意、自動化など、網羅的な検証が重要になります。

つまり、デバッグはエラーが発生した時に行う対症療法的な作業であり、テストは事前にプログラムの品質を高める予防的な作業だと言えます。

デバッグの実施方法3つ

デバッグを適切に実施するためには、様々な実施方法があり、それぞれの長所や適用場面を理解しておく必要があります。ここでは主要な3つのデバッグ実施方法について解説します。

机上での静的解析から始まり、構造的な分析手法、そしてデバッガを用いた動的解析に至るまで、デバッグの基本的な技法を幅広く取り上げていきます。状況に応じて適切な手法を選択し、効率的なデバッグを行えるよう、その概要と活用のポイントを押さえましょう。

机上デバッグ

机上デバッグとは、ソフトウェアのデバッグをホストマシン（開発用PC）上で行うことを指します。実際のターゲット環境ではなく、PCの仮想環境やシミュレータ上でデバッグを行います。

机上デバッグの特徴は以下のようになります。

• ターゲット環境を模した仮想環境でデバッグ可能
• PCのデバッガ(IDE、デバッグツール)を利用
• 実機と異なる環境のため、一部の問題が再現されない可能性がある
• デバッグ環境の準備が比較的簡単

机上デバッグはコストが低く準備が容易なため、ソフトウェア開発の初期段階などでよく利用されます。

分割統治法

プログラムのデバッグ作業では、複雑で大規模なコードからバグの原因を特定することが難しい場合があります。そこで、分割統治法を用いると効率的にデバッグを進めることができます。

具体的には以下の図のようなステップを踏みます。

分割統治法によりプログラムを小さな単位に分割することで、以下の利点があります。

• デバッグ対象が小さくなり、原因の特定が容易になる
• バグの影響範囲が限定されるため、修正が簡単になる
• 並列でデバッグ作業を進められ、効率が上がる

また、単体テストを行うことで、各単位の動作確認が可能になり、デバッグがさらに効率化されます。

デバッガの使用

デバッガ（Debugger）とは、デバッグを支援するためのソフトウェアツールのことを指します。デバッガは、プログラムの実行状況を可視化して、バグの原因を効率的に特定できるようサポートしてくれます。

以下のようなものが代表的な具体例として挙げられます。

このように、デバッガツールには様々な種類があり、使用する言語、開発環境、対象とするシステムに合わせて、様々な種類のデバッガツールから適切なものを選ぶ必要があります。

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【STEP別】デバッグを実施する際の流れ

デバッグを適切に実施するためには、体系立ったプロセスに沿って作業を進めることが重要です。バグの発見から修正、そして情報の共有に至るまで、一連の流れを確実に踏むことで、効率的かつ確実なデバッグが可能になります。

ここでは、デバッグの実施における主要な5つのステップを順を追って解説します。デバッガツールの活用方法から、バグの原因特定、修正、情報の記録・共有に至るまで、デバッグ作業の要点をしっかりと押さえましょう。

【STEP1】ブレークポイントの設定

デバッガを使ってプログラムの実行をある地点で一時停止させるためのブレークポイントを設定します。

疑わしい箇所や重要な処理のポイントにブレークポイントを置くことで、そこでプログラムの状態を確認できます。ブレークポイントで実行を止めた時点で、変数の内容を参照することができます。単なるグローバル変数だけでなく、ローカル変数の値や、構造体、配列などの複合データ型の詳細な内容も確認可能です。さらに、メモリ上のデータの割り当て状況なども参照でき、アドレス参照の問題があるかどうかをチェックできます。

適切なブレークポイントの設定は、バグの発生場所や原因を特定するための重要な手掛かりを得るために不可欠です。

【STEP2】問題の特定・再現性の確認

問題の特定と再現性の確認は、デバッグの重要なステップです。ブレークポイントで実行を止め、その時点での変数の値や実行状況を確認することで、問題が発生している箇所を特定します。単に変数の値がおかしいだけでなく、実際にバグの症状が現れているコード箇所を発見する必要があります。

さらに、同じ問題が確実に再現されるかどうかを検証し、バグの発生条件を明確にしなければなりません。時間や特定の入力データによってのみ発生するバグであれば、その条件を把握しておく必要があります。

【STEP3】原因の特定

デバッガのステップ実行機能を活用し、バグが発生する直前の処理を1ステップずつ追跡していきます。

チェックするポイントは、

• 変数の値が適切に更新されているか
• 分岐条件が正しいか
• メモリの確保や開放に問題がないか

などを確認しながら、プログラムの実行フローを徹底的に検証していきます。

また、デバッガの機能で過去の実行状態を参照することもできるため、バグ発生の経緯をたどることも可能です。

• 変数の値の変化
• メモリ領域の割り当て状況
• 関数の呼び出し履歴など

あらゆる観点からバグの原因を探り当てる作業を行う必要があります。

【STEP4】問題の修正・修正後のテスト実施

バグの原因が特定できれば、次はその原因に基づいてプログラムのソースコードを修正します。修正作業では、単にバグの箇所を修正するだけでなく、根本的な原因に着目し、同様の問題が将来発生しないよう、コードの見直しや設計の改善なども行う必要があります。

修正が完了したら、修正後のプログラムをデバッガ上で実行し、バグが適切に修正されたことを確認するテストを行います。単にバグの症状が出なくなっただけでなく、様々なテストケースに対して想定した動作となることを検証する必要があります。

必要に応じて、単体テストなどのユニットテストを実施し、個別のモジュールやコンポーネントの入出力が正しいことも確かめます。十分なテストを経て初めて、バグの修正が完了したと判断できるのです。

【STEP5】バグ管理システムの更新

バグ管理システム（Bug Tracking System）とは、ソフトウェア開発においてバグの報告、追跡、管理を行うことが出来るツール・システムのことを指します。代表的なツールとして、Jira、Redmine、Mantis、Bugzillaなどがあります。

主な機能を以下の表にまとめました。

このように、バグの優先度や対応状況も管理できるため、開発チーム内でバグの進捗を共有し、効率的な対応を行えるようになります。

デバッグを実施する際のポイント

デバッグを確実かつ効率的に実施するためには、様々な観点から取り組みを行う必要があります。単にバグの修正にとどまらず、開発プロセスの改善やマインドセットの見直しなど、さまざまな点で工夫をすることが重要です。

ここでは、デバッグを円滑に進めるための実践的なポイントを幅広く取り上げていきます。手法の導入から開発文化の構築、品質へのこだわりに至るまで、デバッグを成功に導く鍵となる要素をご紹介します。

テスト駆動開発手法を導入する

デバッグを効率的に行うためのポイントの一つとして、テスト駆動開発（以下TDD）の手法を導入することが挙げられます。TDDではまずテストコードを記述し、そのテストをパスするようにプログラムを実装していく開発手順を取ります。

このアプローチにより、常に自動テストが用意されている状態で開発を進められます。要件の変更や新機能の追加の際も、テストコードさえ修正すれば、プログラムの動作が要件を満たしているかをすぐに検証できます。バグが発生した際も、テストコードさえ書き換えることで、その症状を簡単に再現でき、効率的なデバッグが可能になります。

さらにTDDではプログラムの設計自体からテスト容易性を意識するため、結果としてデバッグ性の高いアーキテクチャが構築されやすくなります。デバッガを使ったステップ実行もスムーズに行え、変数の監視なども容易になるでしょう。このようにTDDを実践することは、デバッグ作業の効率化や品質向上に大きく貢献します。

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アジャイル開発を採用する

アジャイル開発を採用することは、デバッグを実施する際の重要なポイントです。

アジャイル開発では、短いイテレーション（開発サイクル）を通じてソフトウェアをリリースし、フィードバックを取り入れながら柔軟に変更を加えることが特徴です。このアプローチは、プロジェクト全体を通じて品質の向上とバグの早期発見を促進します。

さらに、アジャイルな環境では、コラボレーションやコミュニケーションが重視されるため、チーム全体が問題を素早く特定し、対応することができます。その結果、迅速なデバッグと品質向上が可能になります。

アジャイル開発を採用することで、柔軟性と効率性を高めながら、高品質なソフトウェアを迅速に提供することができます。

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ユーザー視点を大切にする

デバッグを実施する際、ユーザー視点を大切にすることがポイントの一つとなります。ソフトウェアにバグが発生した場合、開発者側からみればコードの不具合と捉えがちですが、実際にはユーザーに対する何らかの悪影響があるはずです。

例えば、

• 画面が正しく表示されない
• 期待した機能が働かない
• パフォーマンスが劣化する

などの問題が発生しています。

そのため、デバッグを行う際は、あくまでユーザーの視点から、どのような症状がどのような状況で発生しているのかを正しく捉えることが大切です。単にコードを修正するだけでなく、ユーザーに気付かれる症状が解消されることを目指す必要があります。

具体的には、まずユーザーからの問題報告をきちんと収集し、バグの再現手順を確実に把握することが重要です。実際にユーザーと同じ操作を行い、同様の症状が出ることを確認しましょう。そうすればユーザーの視点を意識してデバッグを進められます。

バグをゼロにすることは難しいと考えておく

ソフトウェア開発においてバグがまったく発生しないということはほとんどあり得ません。プログラムの複雑さが高まれば高まるほど、バグが潜んでいる可能性は高くなります。要件の変更や新機能の追加の際にも、新たなバグが生まれる危険性があります。

そのため、デバッグ作業に際しては、バグの完全な根絶を目指すのではなく、現実的な品質目標を設定し、許容できるバグレベルを決めておく必要があります。デバッグ対応にかけられるリソースや期間、システムの重要度などを勘案し、適切な品質水準を定める必要があるのです。

一方で、デバッグの手を抜くわけにはいきません。重大なバグが放置されてしまえば、ユーザーに多大な影響を与えかねません。そのため、デバッグの取り組みは欠かすことができず、バグの発見と修正に注力し続けなければなりません。

つまり、バグが完全になくなることは難しいと考えつつ、一方でできる限りバグを減らし、品質を高めていく努力をするのが賢明なデバッグの姿勢なのです。現実的な品質目標を定め、それに向けて着実にデバッグ活動を行うことが何より重要になります。

デバッグ作業は外注がおすすめ！外注のメリット3選

ソフトウェア開発においてデバッグ作業は避けては通れない重要な工程です。しかし、自社内でデバッグ作業を行うには様々な課題があります。そこで、デバッグをベンダーに外注することで、これらの課題を解決し、メリットを最大限に享受できます。

ここでは、デバッグ作業の外注によって得られるメリットのうち、特に重要な3点について解説していきます。コストや期間、品質、そして技術的な観点からの大きな恩恵を、具体的にご紹介します。

開発サイクルを短縮化できる

デバッグ作業を外注することで、開発サイクルを大幅に短縮化できるメリットがあります。

自社内でデバッグを行う場合、新規開発作業とデバッグ作業を並行して進めるのは非常に大きな負荷がかかります。一方、デバッグを専門のベンダーに外注すれば、自社の開発チームは新規開発に専念できます。専門のベンダーは熟練したデバッガーを擁しており、スピーディーにバグの原因を特定し修正を行えるため、デバッグ作業自体の効率化も図れます。

つまり、デバッグと新規開発を分離し、それぞれを並行して効率的に進めることが可能になるため、全体の開発サイクルを大幅に短縮化することができるのです。自社の開発リソースを新規開発に集中投入できる点も、サイクル短縮に寄与します。

バグ全般に関する知識を得られる

外注先のベンダーには、長年の経験から培われたバグに関する豊富な知見があります。単にバグを発見して修正するだけでなく、バグの種類や傾向、発生原因、適切な修正方法やテスト手法など、バグ対策全般に関する専門的な知識を有しています。

こうした外注先のノウハウを自社開発チームに還元することで、バグへの理解が深まり、バグ対策力が大きく向上します。今後の開発においてバグを未然に防げるようになったり、自社内でのデバッグ作業が円滑になったりと、様々な効果が期待できます。

また、外注先とコミュニケーションを取る中で新しい知見や気づきを得ることもできるでしょう。デバッグに関する最新の手法や取り組みなども学ぶことができ、自社のバグ対策力の更なる強化につながります。

品質向上が期待できる

デバッグ作業を外注することで、以下の点からソフトウェアの品質向上が期待できます。

• 専門のデバッグベンダーには長年の経験とノウハウがあり、バグの徹底した除去が可能
• 設計の観点からバグの発生しにくいアーキテクチャの提案や、テスト手法の改善など、上流工程からの品質改善サポートが得られる
• ベンダーから最新のデバッグ手法や品質向上の取り組みなどの情報を入手でき、自社開発への知見の取り入れが可能

つまり、専門のベンダーの高い技術力とノウハウを活用することで、バグの除去はもちろん、設計段階から品質改善の取り組みを包括的に実施できるため、高品質なソフトウェア開発を実現できるのです。

デバッグのまとめ

本記事では、ソフトウェア開発において欠かせない「デバッグ」という作業について、その概要から実施方法、ポイントまで幅広く解説しました。デバッグとは品質の高いソフトウェアを作り上げるための必須の工程です。テストとは役割が異なり、発見したバグの原因を特定し、適切に修正することがデバッグの目的となります。

適切なデバッグの実施は、ソフトウェアの信頼性と品質を大きく左右する重要な作業です。本記事で解説した様々な知見を活かし、システム開発においてデバッグにしっかりと取り組んでいきましょう。

デバッグ作業の外注を検討する際は jitera社 へ問い合わせ下さい。