systematic-debugging
obra/superpowers
修正案を提案する前に、バグ、テストの失敗、または予期しない動作の根本原因を特定してください。
...すべて拡張します体系的なデバッグ
概要
場当たり的な修正は時間を浪費し、新たなバグを生み出します。その場しのぎの修正は根本的な問題を覆い隠してしまいます。
基本原則:修正を試みる前に、必ず根本原因を突き止めること。症状だけの修正は失敗に終わる。
このプロセスの文字通りの規定に違反することは、デバッグの精神に反することである。
鉄則
根本原因の調査なしに修正を行ってはならない
フェーズ1を完了していない場合は、修正案を提案してはならない。
適用時期
あらゆる技術的な問題に適用します:
- テストの失敗
- 本番環境での不具合
- 予期しない動作
- パフォーマンスの問題
- ビルドの失敗
- 統合上の問題
特に次のような場合にこれを使用してください:
- 時間的制約がある場合(緊急時には、当て推量をしがちになります)
- 「ちょっとした手っ取り早い修正」が当然のように思える場合
- すでに複数の修正を試みた場合
- 前回の対処法が効果を示さなかった場合
- 問題を完全に理解できていない場合
以下の場合はスキップしないでください:
- 問題が単純に見える場合(単純なバグにも根本原因は存在する)
- 急いでいる場合(急いで対応すると、必ず手直しが必要になります)
- 上司が「今すぐ」修正を求めている場合(体系的な対応の方が、手探りでの対応より速い)
4つのフェーズ
各フェーズを必ず完了させてから、次のフェーズに進んでください。
フェーズ1:根本原因の調査
いかなる修正を試みる前に:
エラーメッセージを注意深く読み取る
- エラーや警告を無視しないでください
- そこには多くの場合、正確な解決策が記載されています
- スタックトレースを最後まで読みましょう
- 行番号、ファイルパス、エラーコードをメモしてください
一貫して再現する
- 確実に再現できますか?
- 具体的な手順はどのようなものですか?
- 毎回発生しますか?
- 再現できない場合 → 推測せず、さらにデータを収集してください
最近の変更を確認する
- 何が変更されて、この現象を引き起こした可能性があるか?
- Git diff、最近のコミット
- 新しい依存関係、設定の変更
- 環境の違い
マルチコンポーネントシステムにおける証拠の収集
システムに複数のコンポーネントがある場合(CI → ビルド → 署名、API → サービス → データベース):
修正案を提案する前に、診断用の計測機能を追加する:
各コンポーネントの境界において: - コンポーネントに入力されるデータをログに記録する - コンポーネントから出力されるデータをログに記録する - 環境/設定の伝播を確認する - 各レイヤーの状態を確認する 一度実行して、どこで障害が発生しているかを示す証拠を収集する その後、証拠を分析して障害を起こしているコンポーネントを特定する その後、その特定のコンポーネントを調査する例(多層システム):
# レイヤー 1: ワークフロー echo "=== ワークフローで利用可能なシークレット: ===" echo "IDENTITY: ${IDENTITY:+SET}${IDENTITY:-UNSET}" # レイヤー2:ビルドスクリプト echo "=== ビルドスクリプト内の環境変数: ===" env | grep IDENTITY || echo "IDENTITYが環境変数に存在しない" # レイヤー 3: 署名スクリプト echo "=== キーチェーンの状態: ===" security list-keychains security find-identity -v # レイヤー 4: 実際の署名 codesign --sign "$IDENTITY" --verbose=4 "$APP"これにより、どのレイヤーで失敗したかが明らかになります(シークレット → ワークフロー ✓、ワークフロー → ビルド ✗)
データフローの追跡
エラーがコールスタックの奥深くにある場合:
完全な逆方向トレース手法については、このディレクトリ内の
root-cause-tracing.md を参照してください。簡易版:
- 不正な値はどこから発生したのか?
- どの関数がその不正な値でこの関数を呼び出したのか?
- 原因が特定できるまで、呼び出し元をさかのぼり続けてください
- 症状ではなく、原因の根本で修正する
フェーズ2:パターン分析
修正する前にパターンを見つけましょう:
正常に動作する例を見つける
- 同じコードベース内で、同様の正常に動作するコードを探す
- 不具合のあるコードと類似していて、正常に動作しているものは何か?
リファレンスと比較する
- パターンを実装する場合は、参照実装を「完全に」読み込む
- 流し読みせず、一行一行しっかり読む
- 適用する前に、そのパターンを完全に理解する
相違点を特定する
- 正常に動作する場合と動作しない場合の違いは何か?
- どんなに些細な違いでも、すべてリストアップしてください
- 「そんなことは重要ではない」と決めつけないでください
依存関係を把握する
- これには他にどのようなコンポーネントが必要か?
- どのような設定、構成、環境が必要か?
- どのような前提条件があるか?
フェーズ3:仮説と検証
科学的方法:
単一の仮説を立てる
- 明確に述べる:「Yであるため、Xが根本原因だと考える」
- 書き留める
- 曖昧にせず、具体的に記述する
最小限の検証を行う
- 仮説を検証するために、可能な限り最小限の変更を加える
- 一度に一つの変数だけ
- 一度に複数の点を修正しない
先に進む前に検証する
- うまくいったか? はい → フェーズ4
- うまくいかなかったか? 新しい仮説を立てる
- その上にさらに修正を加えないでください
分からないときは
- 「Xが分かりません」と言う
- 知っているふりをしない
- 助けを求めましょう
- さらに調べてみる
フェーズ4:実行
症状ではなく根本原因を修正する:
失敗するテストケースを作成する
- 可能な限り単純な再現手順
- 可能であれば自動テスト
- フレームワークがない場合は、単発のテストスクリプトを作成する
- 修正前に必ず行うこと
- 適切な失敗するテストを作成するには
、「テスト駆動開発」という強力なスキルを活用する
単一の修正を実装する
- 特定された根本原因に対処する
- 一度に1つの変更のみ
- 「ついでに」という改善はしない
- リファクタリングをまとめて行わない
修正の検証
- テストは通るようになったか?
- 他のテストは失敗していないか?
- 問題は実際に解決したか?
修正が機能しない場合
- 中止
- カウント:これまでいくつの修正を試しましたか?
- 3未満の場合:フェーズ1に戻り、新しい情報をもとに再分析する
- 3以上の場合:停止し、アーキテクチャを見直す(以下のステップ5を参照)
- アーキテクチャに関する検討なしに、修正策 #4 を試行しないでください
3つ以上の修正が失敗した場合:アーキテクチャを見直す
アーキテクチャ上の問題を示すパターン:
- 修正を行うたびに、別の場所で新たな共有状態・結合・問題が明らかになる
- 修正を実装するには「大規模なリファクタリング」が必要となる
- 修正を行うたびに、別の場所で新たな症状が生じる
一旦立ち止まり、基本を見直すべきです:
- このパターンは根本的に妥当なのか?
- 私たちは「単なる惰性でこれを使い続けている」だけではないだろうか?
- アーキテクチャをリファクタリングすべきか、それとも症状の修正を続けるべきか?
さらなる修正を試みる前に、人間であるパートナーと話し合おう
これは「失敗した仮説」ではなく、間違ったアーキテクチャである。
危険信号――一旦停止し、プロセスに従う
もし次のような考えが頭をよぎったら:
- 「とりあえず手っ取り早く直して、後で調査しよう」
- 「とりあえずXを変えてみて、動くか試してみよう」
- 「変更をいくつか加えて、テストを実行しよう」
- 「テストは飛ばして、手動で確認しよう」
- 「たぶんXが原因だろう、そこを直そう」
- 「完全には理解できていないけど、これでうまくいくかもしれない」
- 「パターンではXとされているが、私は別の方法で適応させる」
- 「主な問題は以下の通りです:[調査せずに修正案を列挙する]」
- データフローを追跡する前に解決策を提案する
- 「もう1回修正を試みます」(すでに2回以上試した後に)
- 修正を行うたびに、別の場所で新たな問題が発覚する
これらすべてが意味するのは、「停止」。フェーズ1に戻る。
3回以上の修正が失敗した場合:アーキテクチャを見直す(フェーズ4.5を参照)
人間のパートナーから「やり方が間違っている」というサイン
次のような話題のそらしに注意してください:
- 「それは起きていないの?」――確認せずに勝手に仮定してしまった
- 「それで結果が出るの…?」 — 証拠収集の手順を追加すべきだった
- 「推測はやめて」――理解せずに修正案を提案している
- 「もっと深く考えて」―― 症状だけでなく、根本的な問題に目を向けてください
- 「行き詰まっている?」(苛立ち) - あなたのアプローチが機能していない
こうした言葉を見かけたら:立ち止まってください。フェーズ1に戻ってください。
よくある自己正当化
| 言い訳 | 現実 |
|---|---|
| 「問題は単純だから、プロセスは必要ない」 | 単純な問題にも根本原因は存在する。単純なバグの場合、プロセスに従う方が早く解決できる。 |
| 「緊急事態だ。手順を踏んでいる暇はない」 | 体系的なデバッグは、当てずっぽうな試行錯誤よりも速い。 |
| 「まずはこれを試してみて、それから調査しよう」 | 最初の修正がパターンを決める。最初から正しく行おう。 |
| 「修正が機能することを確認してからテストを書く」 | テストされていない修正は定着しない。テストを先に行うことで、その有効性が証明される。 |
| 「一度に複数の修正をすれば時間を節約できる」 | 何がうまくいったのか特定できなくなる。新たなバグの原因になる。 |
| 「リファレンスが長すぎるから、パターンをアレンジしよう」 | 部分的な理解ではバグが確実に出る。完全に読み通すこと。 |
| 「問題点はわかった、修正するよ」 | 症状が見えること ≠ 根本原因を理解していること。 |
| 「もう1回修正を試みる」(2回以上失敗した後) | 3回以上の失敗=アーキテクチャ上の問題。修正パターンを見直し、再度修正しようとしないでください。 |
クイックリファレンス
| フェーズ | 主要な活動 | 成功基準 |
|---|---|---|
| 1. 根本原因 | エラーを確認し、再現し、変更点を確認し、証拠を収集する | 「何が」「なぜ」を理解する |
| 2. パターン | 正常に動作する例を見つけ、比較する | 相違点を特定する |
| 3. 仮説 | 理論を立て、最小限の検証を行う | 仮説の検証または新たな仮説の提示 |
| 4. 実装 | テストを作成し、修正し、検証する | バグが解消され、テストに合格した |
プロセスで「根本原因なし」と判明した場合
体系的な調査の結果、問題が真に環境要因、タイミングに依存する、または外部要因によるものであることが判明した場合:
- プロセスは完了した
- 調査内容を文書化する
- 適切な処理(再試行、タイムアウト、エラーメッセージ)を実装する
- 今後の調査のために監視・ログ記録を追加する
ただし:「根本原因不明」のケースの95%は、調査が不完全であることが原因です。
支援手法
これらの手法は体系的なデバッグの一部であり、以下のディレクトリで利用可能です:
root-cause-tracing.md- コールスタックを遡ってバグを追跡し、元の引き金を特定するdefense-in-depth.md- 根本原因を特定した後、複数のレイヤーで検証を追加するcondition-based-waiting.md- 任意のタイムアウトを条件に基づくポーリングに置き換える
関連スキル:
- superpowers:test-driven-development- 失敗するテストケースを作成するため(フェーズ4、ステップ1)
- superpowers:verification-before-completion- 修正が成功したと断定する前に、修正が機能したことを検証する
実世界への影響
デバッグセッションからの教訓:
- 体系的なアプローチ:修正に15~30分
- 手探りでの修正アプローチ:2~3時間の無駄な試行錯誤
- 初回修正成功率:95% 対 40%
- 新たなバグの発生:ほぼゼロ 対 頻繁
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name: systematic-debugging
description: Find root causes of bugs, test failures, or unexpected behavior before proposing any fixes.
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# Systematic Debugging
## Overview
Random fixes waste time and create new bugs. Quick patches mask underlying issues.
**Core principle:** ALWAYS find root cause before attempting fixes. Symptom fixes are failure.
**Violating the letter of this process is violating the spirit of debugging.**
## The Iron Law
```
NO FIXES WITHOUT ROOT CAUSE INVESTIGATION FIRST
```
If you haven't completed Phase 1, you cannot propose fixes.
## When to Use
Use for ANY technical issue:
- Test failures
- Bugs in production
- Unexpected behavior
- Performance problems
- Build failures
- Integration issues
**Use this ESPECIALLY when:**
- Under time pressure (emergencies make guessing tempting)
- "Just one quick fix" seems obvious
- You've already tried multiple fixes
- Previous fix didn't work
- You don't fully understand the issue
**Don't skip when:**
- Issue seems simple (simple bugs have root causes too)
- You're in a hurry (rushing guarantees rework)
- Manager wants it fixed NOW (systematic is faster than thrashing)
## The Four Phases
You MUST complete each phase before proceeding to the next.
### Phase 1: Root Cause Investigation
**BEFORE attempting ANY fix:**
1. **Read Error Messages Carefully**
- Don't skip past errors or warnings
- They often contain the exact solution
- Read stack traces completely
- Note line numbers, file paths, error codes
2. **Reproduce Consistently**
- Can you trigger it reliably?
- What are the exact steps?
- Does it happen every time?
- If not reproducible → gather more data, don't guess
3. **Check Recent Changes**
- What changed that could cause this?
- Git diff, recent commits
- New dependencies, config changes
- Environmental differences
4. **Gather Evidence in Multi-Component Systems**
**WHEN system has multiple components (CI → build → signing, API → service → database):**
**BEFORE proposing fixes, add diagnostic instrumentation:**
```
For EACH component boundary:
- Log what data enters component
- Log what data exits component
- Verify environment/config propagation
- Check state at each layer
Run once to gather evidence showing WHERE it breaks
THEN analyze evidence to identify failing component
THEN investigate that specific component
```
**Example (multi-layer system):**
```bash
# Layer 1: Workflow
echo "=== Secrets available in workflow: ==="
echo "IDENTITY: ${IDENTITY:+SET}${IDENTITY:-UNSET}"
# Layer 2: Build script
echo "=== Env vars in build script: ==="
env | grep IDENTITY || echo "IDENTITY not in environment"
# Layer 3: Signing script
echo "=== Keychain state: ==="
security list-keychains
security find-identity -v
# Layer 4: Actual signing
codesign --sign "$IDENTITY" --verbose=4 "$APP"
```
**This reveals:** Which layer fails (secrets → workflow ✓, workflow → build ✗)
5. **Trace Data Flow**
**WHEN error is deep in call stack:**
See `root-cause-tracing.md` in this directory for the complete backward tracing technique.
**Quick version:**
- Where does bad value originate?
- What called this with bad value?
- Keep tracing up until you find the source
- Fix at source, not at symptom
### Phase 2: Pattern Analysis
**Find the pattern before fixing:**
1. **Find Working Examples**
- Locate similar working code in same codebase
- What works that's similar to what's broken?
2. **Compare Against References**
- If implementing pattern, read reference implementation COMPLETELY
- Don't skim - read every line
- Understand the pattern fully before applying
3. **Identify Differences**
- What's different between working and broken?
- List every difference, however small
- Don't assume "that can't matter"
4. **Understand Dependencies**
- What other components does this need?
- What settings, config, environment?
- What assumptions does it make?
### Phase 3: Hypothesis and Testing
**Scientific method:**
1. **Form Single Hypothesis**
- State clearly: "I think X is the root cause because Y"
- Write it down
- Be specific, not vague
2. **Test Minimally**
- Make the SMALLEST possible change to test hypothesis
- One variable at a time
- Don't fix multiple things at once
3. **Verify Before Continuing**
- Did it work? Yes → Phase 4
- Didn't work? Form NEW hypothesis
- DON'T add more fixes on top
4. **When You Don't Know**
- Say "I don't understand X"
- Don't pretend to know
- Ask for help
- Research more
### Phase 4: Implementation
**Fix the root cause, not the symptom:**
1. **Create Failing Test Case**
- Simplest possible reproduction
- Automated test if possible
- One-off test script if no framework
- MUST have before fixing
- Use the `superpowers:test-driven-development` skill for writing proper failing tests
2. **Implement Single Fix**
- Address the root cause identified
- ONE change at a time
- No "while I'm here" improvements
- No bundled refactoring
3. **Verify Fix**
- Test passes now?
- No other tests broken?
- Issue actually resolved?
4. **If Fix Doesn't Work**
- STOP
- Count: How many fixes have you tried?
- If < 3: Return to Phase 1, re-analyze with new information
- **If ≥ 3: STOP and question the architecture (step 5 below)**
- DON'T attempt Fix #4 without architectural discussion
5. **If 3+ Fixes Failed: Question Architecture**
**Pattern indicating architectural problem:**
- Each fix reveals new shared state/coupling/problem in different place
- Fixes require "massive refactoring" to implement
- Each fix creates new symptoms elsewhere
**STOP and question fundamentals:**
- Is this pattern fundamentally sound?
- Are we "sticking with it through sheer inertia"?
- Should we refactor architecture vs. continue fixing symptoms?
**Discuss with your human partner before attempting more fixes**
This is NOT a failed hypothesis - this is a wrong architecture.
## Red Flags - STOP and Follow Process
If you catch yourself thinking:
- "Quick fix for now, investigate later"
- "Just try changing X and see if it works"
- "Add multiple changes, run tests"
- "Skip the test, I'll manually verify"
- "It's probably X, let me fix that"
- "I don't fully understand but this might work"
- "Pattern says X but I'll adapt it differently"
- "Here are the main problems: [lists fixes without investigation]"
- Proposing solutions before tracing data flow
- **"One more fix attempt" (when already tried 2+)**
- **Each fix reveals new problem in different place**
**ALL of these mean: STOP. Return to Phase 1.**
**If 3+ fixes failed:** Question the architecture (see Phase 4.5)
## your human partner's Signals You're Doing It Wrong
**Watch for these redirections:**
- "Is that not happening?" - You assumed without verifying
- "Will it show us...?" - You should have added evidence gathering
- "Stop guessing" - You're proposing fixes without understanding
- "Ultra-think this" - Question fundamentals, not just symptoms
- "We're stuck?" (frustrated) - Your approach isn't working
**When you see these:** STOP. Return to Phase 1.
## Common Rationalizations
| Excuse | Reality |
|--------|---------|
| "Issue is simple, don't need process" | Simple issues have root causes too. Process is fast for simple bugs. |
| "Emergency, no time for process" | Systematic debugging is FASTER than guess-and-check thrashing. |
| "Just try this first, then investigate" | First fix sets the pattern. Do it right from the start. |
| "I'll write test after confirming fix works" | Untested fixes don't stick. Test first proves it. |
| "Multiple fixes at once saves time" | Can't isolate what worked. Causes new bugs. |
| "Reference too long, I'll adapt the pattern" | Partial understanding guarantees bugs. Read it completely. |
| "I see the problem, let me fix it" | Seeing symptoms ≠ understanding root cause. |
| "One more fix attempt" (after 2+ failures) | 3+ failures = architectural problem. Question pattern, don't fix again. |
## Quick Reference
| Phase | Key Activities | Success Criteria |
|-------|---------------|------------------|
| **1. Root Cause** | Read errors, reproduce, check changes, gather evidence | Understand WHAT and WHY |
| **2. Pattern** | Find working examples, compare | Identify differences |
| **3. Hypothesis** | Form theory, test minimally | Confirmed or new hypothesis |
| **4. Implementation** | Create test, fix, verify | Bug resolved, tests pass |
## When Process Reveals "No Root Cause"
If systematic investigation reveals issue is truly environmental, timing-dependent, or external:
1. You've completed the process
2. Document what you investigated
3. Implement appropriate handling (retry, timeout, error message)
4. Add monitoring/logging for future investigation
**But:** 95% of "no root cause" cases are incomplete investigation.
## Supporting Techniques
These techniques are part of systematic debugging and available in this directory:
- **`root-cause-tracing.md`** - Trace bugs backward through call stack to find original trigger
- **`defense-in-depth.md`** - Add validation at multiple layers after finding root cause
- **`condition-based-waiting.md`** - Replace arbitrary timeouts with condition polling
**Related skills:**
- **superpowers:test-driven-development** - For creating failing test case (Phase 4, Step 1)
- **superpowers:verification-before-completion** - Verify fix worked before claiming success
## Real-World Impact
From debugging sessions:
- Systematic approach: 15-30 minutes to fix
- Random fixes approach: 2-3 hours of thrashing
- First-time fix rate: 95% vs 40%
- New bugs introduced: Near zero vs common
すべてのファイル
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スキルファイルをダウンロードし、.claude/skills/ ディレクトリに解凍してください。
ZIPをダウンロードリポジトリをクローンし、スキルファイルをプロジェクトにコピーしてください。
git clone https://github.com/obra/superpowers/tree/main/skills/systematic-debugging # Copy SKILL.md to your .claude/skills/ directory
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