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Swiftの静的解析のたった12の方法

Swiftの静的解析のイラストと、効果的な方法を学ぶテキスト Swift
2023.10.14
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はじめに

この記事を読めば、Swiftの静的解析を行う上での12の方法を習得することができます。

静的解析とは、コードを実際に実行することなく、コードの質や潜在的なバグをチェックする手法です。

Swiftを学び始めたばかりの方でも、この記事を読むことで静的解析の基本から応用までを学ぶことができるでしょう。

さらに、経験豊富な開発者の方にとっても、新しいツールや最新の静的解析の方法を知ることで、日常の開発作業をより効率的にするヒントになることでしょう。

●Swiftの静的解析とは

静的解析は、プログラムの実行なしに、ソースコードのみを解析することで、様々な問題を検出する技術です。

これにより、実行前にソフトウェアの品質を確保し、バグを早期に発見することが期待されます。

○静的解析の基本概念

静的解析には、コードの書き方の統一や、未使用変数、未初期化変数の検出、潜在的なバグや脆弱性の発見など、多くの目的があります。

特に、Swiftでは型安全性を重視しているため、型に関連した問題や、nilの扱いに関する問題を早期に検出することが重要です。

静的解析ツールを活用することで、これらの問題をコードレビューやテスト前に発見し、修正することができます。

○Swiftにおける静的解析の重要性

SwiftはAppleが開発した新しいプログラミング言語であり、iOSやmacOSなどのAppleのプラットフォームでの開発に広く用いられています。

Swiftの特徴として、読みやすさや安全性、パフォーマンスの高さが挙げられます。

そのため、静的解析はSwiftのこれらの特徴をさらに強化する手段として、多くの開発者にとって欠かせないものとなっています。

Swiftの静的解析を行うことで、コードの品質を向上させるだけでなく、開発の効率化やバグの早期発見、そして最終的なアプリケーションの品質向上にも繋がります。

●Swiftの静的解析ツール紹介

Swiftでの開発を効率的に行うためには、静的解析ツールを駆使することが重要です。

静的解析ツールは、ソースコードを実際に実行することなく、その質や潜在的なバグをチェックするツールです。

今回は、Swiftでよく使用される静的解析ツールをいくつか紹介していきます。

○SwiftLintとは

SwiftLintは、Swiftコードのスタイルと規約を検査するためのツールです。

Swiftの公式ガイドラインやコミュニティの慣習に基づき、コードのスタイルや潜在的な問題点を指摘してくれます。

SwiftLintを導入することで、コードの品質を一定に保ち、チーム開発の際にも統一されたコードスタイルを保つことができます。

SwiftLintの基本的な使い方は次の通りです。

// SwiftLintをインストール
$ brew install swiftlint

// プロジェクトのルートディレクトリで検査を実行
$ swiftlint

このコマンドを実行すると、SwiftLintが指摘する箇所がコンソールに表示されます。

○SourceKitの利用方法

SourceKitは、Swiftの公式開発ツールセットの一部として提供されている、Swiftコードの解析ツールです。

リアルタイムでのコード解析や、エディタでの自動補完の裏で動いているのがこのSourceKitです。

SourceKitを利用することで、Swiftコードの型情報や構造体、クラスの情報を取得することができ、これを基にした高度な静的解析が可能になります。

ここでは、SourceKitを利用してコードの型情報を取得する基本的な使い方を紹介します。

// コードの型情報を取得
$ sourcekitd-test -req=cursor -pos=5:8 <ファイル名>.swift -- <ファイル名>.swift

このコマンドを実行すると、指定したファイル内の指定した位置のコードの型情報などが表示されます。

○SwiftFormatの特徴

SwiftFormatは、Swiftコードの自動整形ツールです。コードの読みやすさを向上させるために、定義されたスタイルに基づき、コードを自動で整形してくれます。

SwiftLintとは異なり、SwiftFormatはコードのスタイルの問題点を指摘するだけでなく、それを自動的に修正してくれるのが最大の特徴です。

SwiftFormatの基本的な使い方は次の通りです。

// SwiftFormatをインストール
$ brew install swiftformat

// プロジェクトのルートディレクトリで自動整形を実行
$ swiftformat .

このコマンドを実行すると、プロジェクト内のすべてのSwiftファイルがSwiftFormatのスタイルに従って整形されます。

●静的解析の使い方

Swiftの静的解析ツールは、コードの質を向上させるための強力なヘルパーです。

それでは、具体的な使い方を見ていきましょう。

○サンプルコード1：SwiftLintを用いた基本的な静的解析

SwiftLintは、Swiftのコーディング規約に基づきコードをチェックし、違反箇所を指摘してくれるツールです。

まず、SwiftLintをインストールした後、下記のコードをあなたのプロジェクトに追加してみましょう。

let value = "test"
print(value )

上記のコードは、print文の括弧の前に不要なスペースがあるため、SwiftLintによって警告が出ることが期待されます。

コードを保存したら、ターミナルで次のコマンドを実行します。

$ swiftlint

このコードを実行すると、SwiftLintは不要なスペースを指摘する警告を出力します。

○サンプルコード2：SourceKitを使った型チェック

Swiftの型安全性はその特長の一つですが、SourceKitを使用することで、コード内の型関連の問題をより早く発見することができます。

例として、次のSwiftコードを考えます。

var number: Int = "123"

このコードでは、String型の値をInt型の変数に代入しようとしています。

SourceKitを使って型チェックを行いたい場合、次のコマンドを実行します。

$ sourcekitd-test -req=cursor -pos=1:19 <ファイル名>.swift -- <ファイル名>.swift

このコードを実行すると、型の不一致に関するエラー情報が表示されます。

○サンプルコード3：SwiftFormatでのコードフォーマット

SwiftFormatは、Swiftのコードを自動で綺麗に整形するツールです。

ここでは、SwiftFormatを使用してコードを整形する方法を紹介します。

まず、下記のコードをプロジェクトに追加します。

func testFunction(value1:Int,value2: String){print(value1, value2)}

上記のコードは、スペースの取り方や改行の位置が適切でないため、SwiftFormatで整形することができます。

コードを保存したら、ターミナルで次のコマンドを実行します。

$ swiftformat <ファイル名>.swift

このコードを実行すると、コードがSwiftFormatのルールに基づいて整形され、より読みやすい形になります。

●静的解析の応用例

Swiftの静的解析ツールは初心者から経験豊富な開発者まで幅広い層に役立つものです。

ツールを基本的に使用するだけでなく、さらにその機能を応用して、より高度なコード解析やカスタマイズを行うことができます。

ここでは、静的解析の応用的な使い方をいくつかのサンプルコードと共に解説します。

○サンプルコード4：カスタムルールの作成と適用

SwiftLintには標準で提供されているルールが多数存在しますが、プロジェクトのニーズに合わせて独自のルールを作成することも可能です。

例えば、特定の文字列「TODO」がコメント内に含まれている場合に警告を出すカスタムルールを作成する場合、次のように.swiftlint.ymlに記述します。

custom_rules:
  todo_comment:
    name: "TODOコメント検出"
    regex: "TODO"
    message: "TODOコメントがあります。"
    severity: warning

上記の設定を適用した後、次のようなSwiftコードを考えます。

// TODO: この機能を実装する
func upcomingFeature() {
}

このコードをSwiftLintで解析すると、「TODOコメントがあります。」という警告が出力されます。

○サンプルコード5：プロジェクト全体の静的解析レポート生成

大規模なプロジェクトでは、複数のファイルやモジュールにわたる静的解析の結果を一覧で確認することが重要です。

SwiftLintを使って、全体の解析レポートを生成する方法を紹介します。

ターミナルで次のコマンドを実行します。

$ swiftlint lint --reporter json > report.json

このコマンドを実行すると、report.jsonという名前のファイルに静的解析の結果がJSON形式で出力されます。

これにより、解析結果を他のツールやサービスと統合することが簡単になります。

○サンプルコード6：静的解析をCI/CDプロセスに組み込む

開発の現場では、CI/CDプロセスを使用して自動的にコードの品質を保つことが一般的です。

SwiftLintやSourceKitなどの静的解析ツールをCI/CDプロセスに組み込むことで、プルリクエストやマージ前にコードの品質をチェックすることができます。

例として、GitHub Actionsを使用してSwiftLintを実行する場合、次のようなワークフローを.github/workflows/swiftlint.ymlに記述します。

name: SwiftLint

on: [push, pull_request]

jobs:
  lint:
    runs-on: ubuntu-latest
    steps:
    - uses: actions/checkout@v2
    - name: Run SwiftLint
      run: |
        brew install swiftlint
        swiftlint

この設定をリポジトリに追加すると、GitHub上でプッシュやプルリクエストが行われるたびに、SwiftLintが自動的に実行され、違反がある場合は該当の場所とともに警告やエラーが表示されます。

●注意点と対処法

Swiftの静的解析ツールを効果的に活用する上で、いくつかの注意点やトラブルが生じる場面があります。

これらの事象を予防、または対処する方法について詳しく解説します。

○ツールのバージョン違いによるトラブル

静的解析ツールの更新は頻繁に行われます。

新しいルールの追加や、既存のルールの修正などが含まれることが多いです。

しかし、バージョンによっては振る舞いが変わることがあるため、プロジェクトメンバー間で異なるバージョンを使用していると、解析結果に違いが出ることがあります。

このような問題を回避するためには、プロジェクト内で使用する静的解析ツールのバージョンを統一することが重要です。

具体的には、SwiftLintやSwiftFormatのバージョンをプロジェクトの設定ファイルやドキュメントに明記し、定期的にバージョンの確認と更新を行うようにします。

また、バージョンアップを行う際は、変更点や更新内容を事前に確認し、新たなルールの影響を把握してからアップデートを行うようにしましょう。

○静的解析ツールのパフォーマンスに関する注意点

大規模なプロジェクトや多数のファイルを対象に静的解析を行うと、ツールの実行時間が長くなることがあります。

これにより、開発のフローが中断され、生産性が低下する可能性があります。

この問題を解決する方法として、静的解析を部分的に実行するアプローチが考えられます。

例えば、変更されたファイルのみを対象に解析を行う、あるいは特定のディレクトリのみを対象にするなどの方法があります。

SwiftLintでは、次のように特定のディレクトリを対象にする設定が可能です。

included:
  - Source/
excluded:
  - Tests/
  - Vendor/

この設定を使用することで、「Source」ディレクトリ内のファイルのみを解析対象とし、「Tests」や「Vendor」ディレクトリは除外します。

これにより、解析の範囲を絞り込むことができ、パフォーマンスの向上を図ることができます。

●カスタマイズ方法

Swiftの静的解析ツールは、デフォルトの設定だけでなく、自分のプロジェクトやチームのニーズに合わせてカスタマイズすることが可能です。

ここでは、SwiftLintやSwiftFormatなどの主要なツールのカスタマイズ方法について解説します。

○サンプルコード7：SwiftLintのカスタムルールのカスタマイズ

SwiftLintは、.swiftlint.ymlという設定ファイルを使用して、ルールのカスタマイズができます。

例えば、特定のルールを無効化したい場合や、警告のレベルを変更したい場合など、様々な設定が可能です。

ここでは、trailing_whitespaceルールを無効化し、line_lengthルールの警告レベルを100文字に設定した例を紹介します。

disabled_rules: # 無効化したいルールのリスト
  - trailing_whitespace
line_length: 100 # 行の最大文字数を100に設定

このコードを実行すると、SwiftLintは末尾の空白に関する警告を行わず、行の長さが100文字を超えると警告を出します。

○サンプルコード8：SwiftFormatのスタイルオプションの変更

SwiftFormatもまた、設定ファイルを利用してカスタマイズが可能です。

ここでは、swiftformatの設定例で、インデントをタブに設定し、行末の余分なスペースやタブを削除するオプションを有効化したものを紹介します。

--indent tabs
--trimwhitespace always

このコードを適用すると、SwiftFormatは指定された設定に従ってコードをフォーマットします。

○サンプルコード9：CI/CDでの静的解析のカスタマイズ方法

CI/CDプロセスに静的解析を組み込む際にも、カスタマイズが可能です。

例として、GitHub Actionsを使用して、プルリクエスト時にSwiftLintを実行する設定を紹介します。

.github/workflows/swiftlint.ymlファイルに次の内容を記述します。

name: SwiftLint

on:
  pull_request:
    paths:
    - '**.swift'

jobs:
  lint:
    runs-on: ubuntu-latest
    steps:
    - uses: actions/checkout@v2
    - name: SwiftLint
      run: |
        brew install swiftlint
        swiftlint

上記の設定をリポジトリに追加することで、プルリクエストが作成されるたびに、SwiftLintが実行されるようになります。

●追加のヒントとテクニック

Swiftでの静的解析を実施する際、様々なヒントやテクニックが存在します。

これらの知識を取り入れることで、静的解析の精度を高めたり、作業効率を上げることが期待できます。

○サンプルコード10：大規模プロジェクトでの静的解析の最適化

大規模プロジェクトにおいては、静的解析の実行時間が長くなることがあります。

そこで、必要なファイルのみを対象に静的解析を行うことで、実行時間を短縮することができます。

ここでは、SwiftLintを使用した場合の例を紹介します。

swiftlint lint --path /path/to/your/target/file.swift

このコードでは、指定したfile.swiftのみを対象にSwiftLintの静的解析を行います。

特定のディレクトリやファイルのみをチェックすることで、効率的に解析を進めることができます。

○サンプルコード11：複数の静的解析ツールの組み合わせ

複数の静的解析ツールを組み合わせて使用することで、それぞれのツールの長所を活かし、更に高品質なコードを目指すことができます。

ここでは、SwiftLintとSwiftFormatを組み合わせて使用する例です。

swiftlint && swiftformat .

このコードを実行すると、まずSwiftLintによる静的解析が行われ、その後SwiftFormatによるコードフォーマットが適用されます。

これにより、コードの品質向上と整形を同時に行うことができます。

○サンプルコード12：静的解析と動的解析の連携

静的解析だけでなく、動的解析との連携も考慮することで、より網羅的なコードの検証が可能です。

ここでは、静的解析のSwiftLintと動的解析のツールを連携させる例を紹介します。

swiftlint && your_dynamic_analysis_tool

上記のコマンドを実行すると、SwiftLintによる静的解析の後、動的解析ツールが起動します。

これにより、静的なコードの問題点だけでなく、実行時の挙動に関する問題点も検出することができます。

まとめ

Swiftでの静的解析は、コードの品質向上を目指す上で非常に効果的な手法となります。

この記事を通じて、静的解析の基本的な概念から、具体的なツールの使い方、ヒントやテクニック、さらには応用例まで、幅広くSwiftの静的解析に関する知識を深めることができたことでしょう。

特に、複数の静的解析ツールを組み合わせた利用や、静的解析と動的解析の連携など、実践的なテクニックを取り入れることで、より高度なコードの検証が可能となります。

Swift開発を行う際には、静的解析を日常的な作業の一部として取り入れ、継続的にコードの品質をチェックし、改善していくことが大切です。

日々の開発作業の中で、本記事で紹介した内容を活用して、より質の高いコードを書き上げていきましょう。