Ошибки времени выполнения программы

Runtime Errors:

  • A runtime error in a program is an error that occurs while the program is running after being successfully compiled.
  • Runtime errors are commonly called referred to as “bugs” and are often found during the debugging process before the software is released.
  • When runtime errors occur after a program has been distributed to the public, developers often release patches, or small updates designed to fix the errors.
  • Anyone can find the list of issues that they might face if they are a beginner in this article.
  • While solving problems on online platforms, many run time errors can be faced, which are not clearly specified in the message that comes with them. There are a variety of runtime errors that occur such as logical errors, Input/Output errors, undefined object errors, division by zero errors, and many more.

Types of Runtime Errors:

  • SIGFPE: SIGFPE is a floating-point error. It is virtually always caused by a division by 0. There can be mainly three main causes of SIGFPE error described as follows:
    1. Division by Zero.
    2. Modulo Operation by Zero.
    3. Integer Overflow.

    Below is the program to illustrate the SIGFPE error:

    C++

    #include <iostream>

    using namespace std;

    int main()

    {

        int a = 5;

        cout << a / 0;

        return 0;

    }

    Output:

  • SIGABRT: It is an error itself is detected by the program then this signal is generated using call to abort() function. This signal is also used by standard library to report an internal error. assert() function in C++ also uses abort() to generate this signal.

    Below is the program to illustrate the SIGBRT error:

    C++

    #include <iostream>

    using namespace std;

    int main()

    {

        int a = 100000000000;

        int* arr = new int[a];

        return 0;

    }

    Output:

  • NZEC: This error denotes “Non-Zero Exit Code”. For C users, this error will be generated if the main() method does not have a return 0 statement. Java/C++ users could generate this error if they throw an exception. Below are the possible reasons of getting NZEC error:
    1. Infinite Recursion or if you run out of stack memory.
    2. Negative array index is accessed.
    3. ArrayIndexOutOfBounds Exception.
    4. StringIndexOutOfBounds Exception.

    Below is the program to illustrate the NZEC error:

    Python

    if __name__ == "__main__":

          arr = [1, 2]

        print(arr[2])

    Output:

  • SIGSEGV: This error is the most common error and is known as “Segmentation Fault“. It is generated when the program tries to access a memory that is not allowed to access or attempts to access a memory location in a way that is not allowed. List of some of the common reasons for segmentation faults are:
    1. Accessing an array out of bounds.
    2. Dereferencing NULL pointers.
    3. Dereferencing freed memory.
    4. Dereferencing uninitialized pointers.
    5. Incorrect use of the “&” (address of) and “*”(dereferencing) operators.
    6. Improper formatting specifiers in printf and scanf statements.
    7. Stack overflow.
    8. Writing to read-only memory.

    Below is the program to illustrate the SIGSEGV error:

    C++

    #include <bits/stdc++.h>

    using namespace std;

    void infiniteRecur(int a)

    {

        return infiniteRecur(a);

    }

    int main()

    {

        infiniteRecur(5);

    }

    Output:

Ways to avoid Runtime Errors:

  • Avoid using variables that have not been initialized. These may be set to 0 on your system but not on the coding platform.
  • Check every single occurrence of an array element and ensure that it is not out of bounds.
  • Avoid declaring too much memory. Check for the memory limit specified in the question.
  • Avoid declaring too much Stack Memory. Large arrays should be declared globally outside the function.
  • Use return as the end statement.
  • Avoid referencing free memory or null pointers.

Last Updated :
30 Sep, 2020

Like Article

Save Article

Источник

Отладка¶

В программе могут встретиться различные виды ошибок. Для того, чтобы максимально эффективно находить ошибки, полезно знать, что они бывают следующих видов:

  1. Синтаксические ошибки — ошибки, обнаруживаемые Python в ходе трансляции
    исходного кода в байт-код. Такие ошибки вызваны тем, что что-то не так с
    синтаксисом программы. Пример: забыв поставить двоеточие в конце строки def,
    получим такое сообщение об ошибке: SyntaxError: invalid syntax.
  2. Ошибки времени выполнения — ошибки, возникающие при выполнении программы
    в случае, если происходит что-то неожиданное. Большинство ошибок времени выполнения
    включают информацию о том, где произошла ошибка и какие функции при этом выполнялись.
    Пример: бесконечная рекурсия в конце концов приводит к ошибке времени выполнения
    из-за превышения максимальной разрешенной глубины рекурсии.
  3. Семантические ошибки — логические ошибки в программе, которая компилируется и выполняется,
    но делает не то, что от нее ожидается. Пример: Выражение может быть вычислено не в том
    порядке, как ожидает программист, не позаботившийся о скобках.

Первый шаг отладки состоит в том, чтобы понять, с каким видом ошибки вы столкнулись. Материал ниже организован по видам ошибок, однако, некоторые описанные приемы применимы более, чем к одному виду ошибок.

Синтаксические ошибки¶

Синтаксическую ошибку легко исправить, как только вы поняли, в чем она состоит. К сожалению, сообщения об ошибках часто оказываются не очень полезны. Наиболее частые сообщения SyntaxError: invalid syntax и SyntaxError: invalid token не очень информативны.

С другой стороны, сообщение говорит вам о том, где именно в программе произошла ошибка. В действительности, в сообщении указано место, в котором Python обнаружил проблему, а это не обязательно то место, в котором содержится ошибка. Иногда ошибка расположена в коде программы раньше места, указанного в сообщении об ошибке, часто — в предыдущей строке.

Если вы создаете программу инкрементно, то должны хорошо представлять себе, где именно может находиться текущая ошибка. Она в одной из строк, которые вы только что добавили или изменили.

Если вы скопировали код из книги, начните с внимательного сравнения вашего кода и кода в книге. Проверьте каждый символ. Но помните, что и в книге может быть ошибка. Поэтому, если вы видите что-то, что выглядит как синтаксическая ошибка, это может быть именно она.

Вот несколько советов, как избежать самых распространенных синтаксических ошибок:

  1. Убедитесь, что вы не используете одно из ключевых слов Python как идентификатор
    (имя переменной или функции).
  2. Проверьте, что не забыли поставить двоеточие в конце заголовка каждого составного
    предложения, включая for, while, if и def.
  3. Проверьте, что отступы в вашей программе сделаны единообразно. Можете
    пользоваться пробелами или табуляцией, но лучше не смешивать одно с другим.
    Все строки каждого уровня вложенности кода должны иметь одинаковый отступ.
  4. Убедитесь, что все строковые литералы в коде имеют открывающие и закрывающие кавычки.
  5. Если в программе имеются строковые литералы в тройных кавычках,
    занимающие несколько строк в файле, убедитесь, что они корректно
    завершены. Незавершенная строка может привести к ошибке invalid token в конце
    вашей программы, или к тому, что последующая часть программы будет восприниматься
    как продолжение строки (пока не встретится другая строка). В последнем случае
    может даже не быть сообщения об ошибке!
  6. Незакрытая скобка – (, { или [ – заставляет Python полагать, что следующая строка
    является продолжением текущей. В этом случае Python почти всегда сообщает об ошибке в
    следующей строке.
  7. Проверьте, что в условии используется оператор ==, а не =.

Если ничто из этого не помогло, переходите к следующему разделу…

Не могу запустить программу, что бы я ни делал¶

Если компилятор сообщает об ошибке, а вы ее не видите, то дело может быть в том, что вы и компилятор смотрите на разный код. Проверьте, что программа, которую вы редактируете, та же самая, которую выполняет Python. Если вы не уверены, поместите преднамеренную синтаксическую ошибку в самое начало программы. Теперь запустите (или импортируйте) ее снова. Если компилятор не найдет внесенную вами ошибку, то проблема в настройках вашей рабочей среды.

Если это случилось, можно создать новую программу (вроде Hello World!) и убедиться, что она-то запускается. Затем постепенно добавляйте необходимый код к работающей программе.

Ошибки времени выполнения¶

Если ваша программа синтаксически корректна, Python, как минимум, начнет ее выполнение. Что теперь может пойти не так?

Моя программа совсем ничего не делает¶

Это происходит, когда ваша программа состоит из определений функций или классов, но не содержит других предложений Python, чтобы начать выполнение. Это может быть сделано специально, если вы планируете импортировать этот модуль, чтобы использовать его классы и функции.

Если это не было вашим намерением, то добавьте вызов функции в конец файла, или сделайте вызов в диалоговом режиме Python. Также прочтите раздел Поток выполнения ниже.

Моя программа зависает¶

Если программа “останавливается” и как-будто ничего не делает, то говорят, что программа зависла. Часто это означает, что программа вошла в бесконечный цикл.

  1. Если вы подозреваете какой-то определенный цикл, то добавьте предложение
    print непосредственно перед циклом, которое сообщит о входе в цикл, и
    еще одно сразу после цикла, сообщающее о выходе из него.
  2. Запустите программу. Если вы видите первое сообщение, но не видите второго,
    то программа вошла в бесконечный цикл. См. раздел Бесконечный цикл ниже.
  3. Что касается неограниченной рекурсии, то в этом случае программа будет выполняться
    какое-то время, пока не выдаст ошибку RuntimeError: Maximum recursion depth exceeded.
    Если это случилось, см. раздел Неограниченная рекурсия ниже.
  4. Если программа не выдает такую ошибку, но вы подозреваете, что проблема в
    рекурсивном методе или функции, приемы, описанные в разделе Неограниченная рекурсия,
    все же могут оказаться полезны.
  5. Если вышеописанные шаги не работают, проверьте другие циклы или другие рекурсивные
    функции и методы.
  6. Если и это не помогает, то вы, вероятно, не понимаете последовательность
    выполнения предложений в вашей программе. См. раздел Поток выполнения ниже.

Бесконечный цикл¶

Если вы думаете, что цикл является бесконечным, добавьте в конец тела цикла предложение print, которое вывозит значения переменных цикла и условия цикла.

Например:

while x > 0 and y < 0:
    # do something to x
    # do something to y

    print  "x: ", x
    print  "y: ", y
    print  "condition: ", (x > 0 and y < 0)

Теперь, когда вы запустите программу, в каждой итерации цикла будут выводиться три строки. В последней итерации условие должно стать false. Если цикл продолжает выполняться, вы увидите значения x и y, и сможете понять, что идет не так, как ожидалось.

Неограниченная рекурсия¶

В большинстве случаев неограниченная рекурсия приведет к ошибке RuntimeError: Maximum recursion depth exceeded.

Если вы подозреваете, какая функция или метод приводят к неограниченной рекурсии, начните с проверки того, существует ли в коде терминальное условие (условие завершения рекурсии). В коде должно быть условие, которое заставит функцию или метод выполниться без рекурсивного вызова. Если такого условия нет, обдумайте алгоритм еще раз и определите условие завершения рекурсии.

Если терминальное условие существует, но не достигается, добавьте в начале функции или метода предложение print, которое выводит параметры. Теперь, запустив программу, вы увидите на экране значения параметров для каждого рекурсивного вызова. Если эти значения не изменяются в сторону достижения терминального условия, вы получите представление о том, в чем именно проблема.

Поток выполнения¶

Если вы не уверены в том, в какой последовательности выполняется ваша программа, добавьте предложения print в начало каждой функции, которые будут сообщать о начале выполнения функции.

Теперь, когда вы запустите программу, вы увидите, какие функции и в какой последовательности вызываются.

При выполнении программы возникает исключение¶

Если во время выполнения программы происходит что-то неправильное, Python выводит сообщение, в котором указаны имя исключения, номер строки программы, в которой возникло исключение, и информация стека вызовов.

Информация стека вызовов указывает на функцию, которая выполнялась в момент возникновения исключения, затем на функцию, которая ее вызвала, далее, на функцию, вызвавшую эту последнюю, и так далее. Другими словами, перед вами путь, составленный из вызовов функций, который привел к месту возникновения исключения. Для каждого вызова указывается номер строки программы, из которой он сделан.

Прежде всего, нужно изучить место в программе, где возникло исключение, и попробовать понять, что именно произошло. Вот несколько самых распространенных ошибок времени выполнения:

NameError
Вы используете переменную, которая не определена в текущем контексте.
Помните, что локальные переменные имеют локальную область видимости.
Нельзя ссылаться на них вне функции, в которой они определены.
TypeError

Здесь несколько возможных причин:

  1. Вы пытаетесь неправильно использовать значение. Пример: индексирование
    строки, списка или кортежа значением, отличным от числа.
  2. Имеется несоответствие между строкой формата и элементами, которые должны
    быть в нее подставлены. Либо передается неверное количество элементов, либо
    в строке формата указано недопустимое для данного элемента преобразование.
  3. Вы передали неправильное число аргументов в функцию или метод.
    Для методов, посмотрите на определение метода и проверьте, что первым параметром
    является self. Затем посмотрите на вызов метода; убедитесь, что вызываете
    метод для объекта правильного типа, и что все аргументы корректны.
KeyError
Вы пытаетесь получить доступ к элементу словаря, используя ключ, которого нет в словаре.
AttributeError
Вы пытаетесь получить доступ к атрибуту или методу, который не существует.
IndexError
Индекс, который вы используете для доступа к списку (строке или кортежу), больше,
чем длина списка минус один. Непосредственно перед строкой, в которой возникает ошибка,
вставьте предложение print, которое выведет индекс и длину списка.
Длина правильная? А индекс?

Слишком много данных выводится на печать¶

Если вы интенсивно используете вывод на печать для отладки, то вскоре выводимой информации может стать слишком много. Из этой ситуации есть два выхода: упростить выводимые данные или упростить программу.

Чтобы упростить выводимые данные, можно удалить или закомментировать предложения print, которые уже не нужны, либо объединить отдельные print в один и отформатировать выводимые данные для более легкого восприятия.

Чтобы упростить программу, вы можете сделать несколько вещей. Во-первых, минимизируйте задачу, которую решает программа. Например, если программа сортирует массив, пусть это будет маленький массив. Если программа получает ввод от пользователя, пусть это будет простейший ввод из тех, что вызывают проблеме.

Во-вторых, почистите программу. Удалите неиспользуемый код и реорганизуйте программу так, чтобы читать и понимать ее стало как можно проще. Например, если вы подозреваете, что проблема где-то в глубоко вложенном коде, то попробуйте переписать эту часть программы так, чтобы ее структура стала проще. Если подозрение падает на большую функцию, разбейте ее на меньшие функции и протестируйте их порознь.

Часто процесс нахождения минимального теста, воспроизводящего баг, приводит вас к источнику бага. Если вы видите, что программа работает в одной ситуации, но не работает в другой, это дает вам подсказку относительно того, что происходит.

Также переписывание части кода может помочь вам отыскать неочевидные баги. Если вы делаете изменение, которое, как вы полагаете, не влияет на работу программы, но поведение программы изменяется, еще раз внимательно просмотрите сделанные изменения.

Семантические ошибки¶

В некотором отношении, семантические ошибки наиболее сложно обнаружить, поскольку ни компилятор, ни исполняющая система Python не сообщают вам о том, что что-то идет не так. Только вы, как разработчик, знаете, что именно должна делать программа, и только вы можете установить, что программа делает что-то неправильно.

Прежде всего необходимо установить соответствие между текстом программы и ее видимым поведением. Нужно выдвинуть гипотезу о том, что же программа делает на самом деле. Одна из сложностей здесь в том, что программы выполняются слишком быстро.

Время от времени вам захочется замедлить выполнение программы, и некоторые отладчики позволяют вам сделать это. Но время, необходимое для того, чтобы вставить в код предложение print, часто гораздо меньше того, которое требуется для запуска программы в отладчике, установки и удаления точек останова, и пошагового исполнения программы до момента возникновения ошибки.

Моя программа не работает¶

Спросите себя:

  1. Есть ли что-то, что программа должна делать, но это не делается?
    Найдите ту часть кода, которая отвечает за эту функциональность, и
    убедитесь, что она выполняется тогда, когда вы этого ожидаете.
  2. Происходит ли что-то, чего не должно происходить? Найдите в программе
    код, отвечающий за это, и выясните, почему он выполняется вопреки
    вашим ожиданиям.
  3. Производит ли часть кода эффект, который вы не ожидаете?
    Убедитесь, что вы понимаете этот участок кода; будьте особенно внимательны,
    если код вызывает функции или методы из других модулей Python. Прочтите
    документацию по функциям, которые вы используете. Изучите эти функции, написав
    для них несложные тесты.

Для того, чтобы написать программу, вам нужна умозрительная модель того, как работает программа. Если вы написали программу, которая делает не то, что вы ожидаете, часто проблема не в программе, а в вашей модели.

Лучший способ исправить модель программы, это разбить программу на компоненты (функции и методы) и протестировать эти компоненты раздельно. Обнаружив несоответствие между вашим представлением о программе и ее реальным поведением, вы сможете решить проблему.

Создавайте и тестируйте отдельные компоненты в ходе работы над программой. Если вы столкнетесь с ошибкой, то велика вероятность найти ее в небольшом объеме недавно написанного кода, поскольку код, написанный раньше, уже протестирован.

Мое длинное выражение не работает¶

Можно писать длинные выражения, если они легко читаются. Однако, с отладкой таких выражений у вас будут проблемы. Удобнее разбить длинное выражение на несколько коротких, с присваиванием результатов временным переменным.

Пример:

self.hands[i].addCard (self.hands[self.findNeighbor(i)].popCard())

Это выражение можно переписать так:

neighbor = self.findNeighbor (i)
pickedCard = self.hands[neighbor].popCard()
self.hands[i].addCard (pickedCard)

Последний вариант легче для чтения и понимания, так как правильно выбранные имена переменных несут дополнительную информацию о том, что имел в виду автор кода. Этот вариант также легко отлаживать, поскольку можно проверить типы и значения промежуточных результатов.

Другая проблема, связанная с длинными выражениями, состоит в том, что порядок вычисления выражения может оказаться не таким, какой вы ожидали. Например, если вы запишете выражение x/2pi на Python, у вас может получиться:

Это неправильно. Операции умножения и деления имеют одинаковый приоритет, и их вычисление производится слева направо. Поэтому данное выражение на Python вычисляет (x/2)pi.

Отличный способ избавиться от подобных ошибок — явно обозначить порядок вычисления с помощью скобок:

Каждый раз, когда вы не уверены в порядке вычисления выражения, используйте скобки. И тогда программа будет не только корректной (то есть, будет делать то, что от нее ожидается), но и легче для чтения и понимания.

Моя функция (или метод) возвращает не то, что мне нужно¶

Если вы написали предложение return с длинным выражением, вы не сможете вывести результат вычисления выражения перед возвратом из функции. Используйте временную переменную. Например, вместо:

return self.hands[i].removeMatches()

напишите:

count = self.hands[i].removeMatches()
return count

Теперь у вас есть возможность вывести значение count перед выходом из функции.

Ничего не понимаю, бред какой-то¶

Для начала, оторвитесь от компьютера на некоторое время. Компьютеры излучают волны, которые влияют на работу вашего мозга и приводят к следующим явлениям:

  1. Отчаяние и/или ярость.
  2. Вера в сверхъестественное (компьютер меня ненавидит) и магию (программа работает только
    тогда, когда я надеваю шляпу).
  3. Программирование методом случайного тыка (кодирование одного и того же разными способами
    в надежде, что один из способов сработает).

Если вы заметили за собой один из этих симптомов, встаньте и пойдите прогуляйтесь. Когда успокоитесь, подумайте о программе снова. Что именно она делает? Каковы возможные причины такого поведения? Когда в последний раз программа работала? И что изменилось с тех пор?

Иногда просто нужно время для того, чтобы локализовать баг. Часто мы понимаем, в чем дело, находясь далеко от компьютера и позволив себе думать о другом. Лучшие условия для поимки багов в поездах, в душе и в постели, как раз перед тем как заснуть.

Нет, мне реально нужна помощь¶

И такое случается. Даже лучшие программисты время от времени оказываются в тупике. Иногда вы работаете над программой так долго, что уже просто не способны заметить ошибку. В этой ситуации может помочь свежий посторонний взгляд на код.

прежде чем вы позовете кого-то, убедитесь, что использовали все описанные здесь приемы. ваша программа должна быть такой простой, насколько это возможно, и вы должны использовать минимум входных данных, приводящих к ошибке. В вашей программе должны быть предложения print там, где это нужно для отладки, и выводимая информация должна быть понятна. Вы должны понимать проблему настолько, чтобы коротко и ясно описать ее.

Когда вы прибегаете к чьей-то помощи, будьте готовы предоставить следующую информацию:

  1. Если имеется сообщение об ошибке, то что это за сообщение и где оно возникает?
  2. Какое последнее изменение вы сделали перед тем, как возникла проблема? Какие
    строки кода вы изменили/добавили, или какой новый тест не проходит?
  3. Что вы уже сделали, и что поняли к настоящему моменту в связи с этой проблемой?

А когда вы устраните проблему, подумайте о том, что вам нужно было сделать, чтобы устранить ее быстрее. Тогда в следующий раз, когда вы столкнетесь с чем-то подобным, вы будете действовать эффективней и быстрее локализуете и устраните баг.

И помните, ваша цель не только в том, чтобы сделать работающую программу. Цель еще и в том, чтобы учиться делать работающие программы.

Источник

Аннотация: Лекция носит факультативный характер. Здесь мы рассматриваем виды допускаемых в программировании ошибок, способы тестирования и отладки программ, инструменты встроенного отладчика.

Цель лекции

Освоить работу с встроенным отладчиком, изучить категории ошибок, способы их обнаружения и устранения.

Тестирование и отладка программы

Чем больше опыта имеет программист, тем меньше ошибок в коде он совершает. Но, хотите верьте, хотите нет, даже самый опытный программист всё же допускает ошибки. И любая современная среда разработки программ должна иметь собственные инструменты для отладки приложений, а также для своевременного обнаружения и исправления возможных ошибок. Программные ошибки на программистском сленге называют багами (англ. bug — жук), а программы отладки кода — дебаггерами (англ. debugger — отладчик). Lazarus, как современная среда разработки приложений, имеет собственный встроенный отладчик, работу с которым мы разберем на этой лекции.

Ошибки, которые может допустить программист, условно делятся на три группы:

  1. Синтаксические
  2. Времени выполнения (run-time errors)
  3. Алгоритмические

Синтаксические ошибки

Синтаксические ошибки легче всего обнаружить и исправить — их обнаруживает компилятор, не давая скомпилировать и запустить программу. Причем компилятор устанавливает курсор на ошибку, или после неё, а в окне сообщений выводит соответствующее сообщение, например, такое:

Найденная компилятором синтаксическая ошибка - нет объявления переменной i

Рис.
27.1.
Найденная компилятором синтаксическая ошибка — нет объявления переменной i

Подобные ошибки могут возникнуть при неправильном написании директивы или имени функции (процедуры); при попытке обратиться к переменной или константе, которую не объявляли (
рис.
27.1); при попытке вызвать функцию (процедуру, переменную, константу) из модуля, который не был подключен в разделе uses; при других аналогичных недосмотрах программиста.

Как уже говорилось, компилятор при нахождении подобной ошибки приостанавливает процесс компиляции, выводит сообщение о найденной ошибке и устанавливает курсор на допущенную ошибку, или после неё. Программисту остается только внести исправления в код программы и выполнить повторную компиляцию.

Ошибки времени выполнения

Ошибки времени выполнения (run-time errors) тоже, как правило, легко устранимы. Они обычно проявляются уже при первых запусках программы, или во время тестирования. Если такую программу запустить из среды Lazarus, то она скомпилируется, но при попытке загрузки, или в момент совершения ошибки, приостановит свою работу, выведя на экран соответствующее сообщение. Например, такое:

Сообщение Lazarus об ошибке времени выполнения

Рис.
27.2.
Сообщение Lazarus об ошибке времени выполнения

В данном случае программа при загрузке должна была считать в память отсутствующий текстовый файл MyFile.txt. Поскольку программа вызвала ошибку, она не запустилась, но в среде Lazarus процесс отладки продолжается, о чем свидетельствует сообщение в скобках в заголовке главного меню, после названия проекта. Программисту в подобных случаях нужно сбросить отладчик командой меню «Запуск -> Сбросить отладчик«, после чего можно продолжить работу над проектом.

Ошибка времени выполнения может возникнуть не только при загрузке программы, но и во время её работы. Например, если бы попытка чтения несуществующего файла была сделана не при загрузке программы, а при нажатии на кнопку, то программа бы нормально запустилась и работала, пока пользователь не нажмет на эту кнопку.

Если программу запустить из самой Windows, при возникновении этой ошибки появится такое же сообщение. При этом если нажать «OK«, программа даже может запуститься, но корректно работать все равно не будет.

Ошибки времени выполнения бывают не только явными, но и неявными, при которых программа продолжает свою работу, не выводя никаких сообщений, а программист даже не догадывается о наличии ошибки. Примером неявной ошибки может служить так называемая утечка памяти. Утечка памяти возникает в случаях, когда программист забывает освободить выделенную под объект память. Например, мы объявляем переменную типа TStringList, и работаем с ней:

begin
  MySL:= TStringList.Create;
  MySL.Add('Новая строка');
end;

В данном примере программист допустил типичную для начинающих ошибку — не освободил класс TStringList. Это не приведет к сбою или аварийному завершению программы, но в итоге можно бесполезно израсходовать очень много памяти. Конечно, эта память будет освобождена после выгрузки программы (за этим следит операционная система), но утечка памяти во время выполнения программы тоже может привести к неприятным последствиям, потребляя все больше и больше ресурсов и излишне нагружая процессор. В подобных случаях после работы с объектом программисту нужно не забывать освобождать память:

begin
  MySL:= TStringList.Create;
  MySL.Add('Новая строка');
  ...; //работа с объектом
  MySL.Free; //освободили объект
end;

Однако ошибки времени выполнения могут случиться и во время работы с объектом. Если есть такой риск, программист должен не забывать про возможность обработки исключительных ситуаций. В данном случае вышеприведенный код правильней будет оформить таким образом:

begin
  try
    MySL:= TStringList.Create;
    MySL.Add('Новая строка');
    ...; //работа с объектом
  finally
    MySL.Free; //освободили объект, даже если была ошибка
  end;
end;

Итак, во избежание ошибок времени выполнения программист должен не забывать делать проверку на правильность ввода пользователем допустимых значений, заключать опасный код в блоки try…finally…end или try…except…end, делать проверку на существование открываемого файла функцией FileExists и вообще соблюдать предусмотрительность во всех слабых местах программы. Не полагайтесь на пользователя, ведь недаром говорят, что если в программе можно допустить ошибку, пользователь эту возможность непременно найдет.

Алгоритмические ошибки

Если вы не допустили ни синтаксических ошибок, ни ошибок времени выполнения, программа скомпилировалась, запустилась и работает нормально, то это еще не означает, что в программе нет ошибок. Убедиться в этом можно только в процессе её тестирования.

Тестирование — процесс проверки работоспособности программы путем ввода в неё различных, даже намеренно ошибочных данных, и последующей контрольной проверке выводимого результата.

Если программа работает правильно с одними наборами исходных данных, и неправильно с другими, то это свидетельствует о наличии алгоритмической ошибки. Алгоритмические ошибки иногда называют логическими, обычно они связаны с неверной реализацией алгоритма программы: вместо «+» ошибочно поставили «-«, вместо «/» — «*», вместо деления значения на 0,01 разделили на 0,001 и т.п. Такие ошибки обычно не обнаруживаются во время компиляции, программа нормально запускается, работает, а при анализе выводимого результата выясняется, что он неверный. При этом компилятор не укажет программисту на ошибку — чтобы найти и устранить её, приходится анализировать код, пошагово «прокручивать» его выполнение, следя за результатом. Такой процесс называется отладкой.

Отладка — процесс поиска и устранения ошибок, чаще алгоритмических. Хотя отладчик позволяет справиться и с ошибками времени выполнения, которые не обнаруживаются явно.

Источник

Разве вы не ненавидите, когда вы пытаетесь запустить программу и получаете сообщение об ошибке «Ошибка выполнения»? К сожалению, несмотря на то, что люди регулярно раздражают, ужасная ошибка времени выполнения не очень хорошо объясняет сама себя и то, что именно произошло.

Ошибки времени выполнения бывают разных форм и размеров, и они печально известны тем, что мешают вашему рабочему процессу. Таким образом, вот некоторые из наиболее распространенных ошибок времени выполнения, их причины и способы их устранения.

Что такое ошибки во время выполнения?

Ошибка выполнения возникает в программе, пока она выполняется. Ошибки времени выполнения определяются тем, как они возникают после компиляции программы, а не во время разработки программы. Ошибки времени выполнения разочаровывают тем, что они могут привести к неожиданному завершению работы программы, и иногда бывает трудно определить единственную причину.

Различные типы ошибок времени выполнения

Во время выполнения могут возникать несколько различных типов ошибок, поэтому рекомендуется узнать, что они из себя представляют и что их вызывает. Таким образом, вы будете точно знать, что делать, когда кто-то поднимает свою уродливую голову.

1. Ошибка деления на ноль

Ваш компьютер выполняет много математических операций при обработке данных, а это означает, что ошибки могут возникать даже при выполнении простых арифметических действий. Например, одна распространенная ошибка времени выполнения называется ошибкой «Делить на ноль». Этот симпатичный на носу; это происходит, когда ваш компьютер производит вычисления и пытается разделить число на 0.

Когда вы пытаетесь разделить число на 0, вы получите неопределенное число. Когда компьютер делает это, он не знает, что делать с неопределенным числом, и вызывает сбой программы.

К сожалению, это не та ошибка, которую вы можете решить на своей стороне. Если вы обнаружите ошибку деления на ноль, лучше всего обратиться к разработчику программного обеспечения.

2. Ошибки, вызванные неполной установкой

Иногда в процессе установки что-то идет не так. Существует множество причин, по которым программа не устанавливается должным образом, и когда это происходит, это может привести к проблемам.

Иногда некоторые файлы не устанавливаются или в установочном пакете есть ошибки. В любом случае, если программа не установлена ​​должным образом, определенные файлы, которые ей необходимо запустить, могут не существовать, что приведет к ошибке выполнения. В этом случае лучше всего переустановить программу или попробовать найти другую версию установочного пакета.

3. Логические ошибки в программировании программного обеспечения.

Независимо от того, насколько хорош программист, всегда возникают случайные ошибки. Логическая ошибка – это тип ошибки времени выполнения, который может указывать на ошибку в кодировании.

По теме: Типы ошибок программирования и как их избежать

Горячий ответ: кодирование – это довольно сложно. Существуют тысячи и тысячи символов, которые необходимо правильно ввести для правильной работы программы. Если в коде есть опечатки, это может привести к неожиданным результатам. Из-за этого программа может глючить или даже вообще вылетать.

Лучше всего обратиться к разработчику программного обеспечения. Вы также должны проверить, используете ли вы самую последнюю версию программного обеспечения. В более поздней версии проблема может быть решена.

4. Ошибки, вызванные утечками памяти.

Еще одна довольно распространенная ошибка времени выполнения – ошибка утечки памяти. Когда программа запущена, она использует часть оперативной памяти. Затем, когда программа завершается, она сообщает системе, что она завершена, и освобождает эту оперативную память, чтобы другие программы могли ее использовать. Однако иногда программа этого не делает, и программы продолжают использовать новую оперативную память, пока она не закончится.

Связанный: Как устранить нехватку оперативной памяти или утечки памяти в Windows

Представьте себе жилой комплекс с 10 квартирами, восемь из которых заняты. Если трое жильцов уезжают, не сообщив об этом руководству квартиры, офис считает, что восемь квартир все еще заняты, когда заняты только пять. Затем, когда еще три человека хотят переехать, офис отказывает одному человеку, полагая, что для него нет места.

Утечка памяти может привести к проблемам с ОЗУ, снижению производительности и сбоям программы. В этом случае хорошим решением будет перезагрузка компьютера. Это полностью очистит всю оперативную память.

5. Ошибка ненулевого статуса выхода.

Программное обеспечение состоит из множества строк кода. Каждая линия должна функционировать должным образом, чтобы все работало бесперебойно. К сожалению, бывают случаи, когда линия работает не так, как должна, что приводит к ошибкам.

Одна такая ошибка называется ошибкой ненулевого статуса выхода. Для разных систем кодирования каждой строке кода присваивается статус выхода, который представляет собой число, указывающее, была ли она выполнена успешно или нет. Если компьютер успешно выполнил линию, он получает 0 в качестве статуса выхода. Если оно находится в диапазоне от 1 до 255, значит, это сбой. Хороший пример: если вы запустите строку, которая пытается получить доступ к файлу, которого нет на компьютере, она, скорее всего, получит код выхода 1.

Связанный: Способы проверить, существует ли файл с помощью Python

6. Ошибка переполнения

Когда дело доходит до кодирования, всегда есть ограничения. Например, когда вы пытаетесь поместить число в переменную (также известную как свойство), существует ограничение на то, насколько большим может быть это число. Если вы попытаетесь назначить большее число, чем этот предел, вы получите ошибку переполнения во время выполнения, что может привести к тому, что программа перестанет отвечать.

Когда вы получаете ошибку переполнения, вы должны начать с проверки, является ли ваша версия программного обеспечения последней. Если вы используете последнюю версию, попробуйте переустановить программное обеспечение.

7. Ошибка ошибки сегментации

Ошибки ошибки сегментации являются наиболее распространенным типом ошибок времени выполнения. Существуют определенные правила, которым программа должна следовать при доступе к памяти и записи в нее. Когда некоторые из этих правил нарушаются, вы рискуете получить ошибку ошибки сегментации.

Ошибка сегментации может произойти несколькими способами. Вот некоторые общие причины:

  • когда программа пытается записать в постоянную память

  • когда программа пытается получить доступ к памяти, к которой ей не разрешен доступ

  • когда программа пытается разыменовать освобожденную память или указатели NULL

  • когда программа пытается получить доступ к большему количеству данных, чем разрешено

  • когда программа пытается записать место, которое ей не разрешено

Если вы столкнетесь с одной из этих проблем, Переполнение стека есть отличный список решений, которые вы можете попробовать, поэтому обязательно ознакомьтесь с ним.

Множество ошибок во время выполнения в дикой природе

Когда дело доходит до ошибок времени выполнения, это только верхушка айсберга. Этот список можно продолжить, так как существует множество ошибок и еще больше способов их вызвать. Лучшее, что можно сделать, – это изучить больше ошибок времени выполнения, как их идентифицировать и как их решать; это может помочь предотвратить множество неприятностей.

Источник

Создание программного обеспечения — сложный процесс, осуществляемый коллективом специалистов (реже — одним человеком), а людям свойственно допускать ошибки (человеческий фактор). В связи с этим, код необходимо писать так, чтобы сводить возможные ошибки к минимуму, а также иметь возможность их эффективно определять, искать и обрабатывать, что является одним из признаков качественного программного обеспечения.

Содержание

  • Известные ошибки в ПО

    • 1962 г.: ракета Маринер-1

    • 1985 г.: аппарат лучевой терапии Therac-25

    • 1991 г.: ЗРК Patriot

    • 2000 г.: Проблема 2000 года (Y2K)

    • 2009-2011 г.: отзыв автомобилей Toyota

  • Определение и разновидности ошибок

    • Синтаксические ошибки

    • Логические (семантические) ошибки

    • Ошибки времени выполнения

    • Недокументированное поведение

  • Поиск ошибок и отладка программы

  • Подходы к обработке ошибок

  • Обработка исключений в Python

    • Понятия исключения

    • Конструкция try

    • Возбуждение исключений (raise)

    • Особенности обработки исключений внутри функций

    • Утверждения (assert)

    • Исключения или утверждения?

  • Рекомендации

7.1.1. Известные ошибки в ПО¶

История знает множество примеров, где программные ошибки стоили не только огромных денег, но и человеческих жизней 6 7:

7.1.1.1. 1962 г.: ракета Маринер-1¶

Маринер-1 — космический аппарат США для изучения Венеры (Рисунок 7.1.1).

_images/07_01_01.png

Рисунок 7.1.1 — Ракета Маринер-1 9

  • Описание и причина:

    Программист сделал ошибку, когда переводил рукописные математические формулы в код. Символ логического отрицания ¬ он принял за минус, и это привело к тому, что ракета воспринимала нормальные скорости как критические и из-за этого сбилась с курса.

  • Примерный ущерб / потери

    Никто не погиб, однако экономические потери составили 18,3 млн. долларов.

7.1.1.2. 1985 г.: аппарат лучевой терапии Therac-25¶

Therac-25 — канадский аппарат лучевой терапии (Рисунок 7.1.2).

_images/07_01_02.png

Рисунок 7.1.2 — Аппарат лучевой терапии `Therac-25 10

  • Описание и причина:

    Неисправность была вызвана тем, что в проекте использовались библиотеки с ошибками, входящие в состав ПО аппарата Therac-20, что и привело к фатальным последствиям. В коде была найдена довольно распространенная ошибка многопоточности, называемое состоянием гонки. Тем не менее ошибку не заметили, так как Therac-20 работал исправно из-за дополнительных (аппаратных) мер предосторожности.

  • Примерный ущерб / потери

    Умерло 2 человека, 4 получили серьезное облучение.

7.1.1.3. 1991 г.: ЗРК Patriot¶

Patriot — американский зенитный ракетный комплекс (Рисунок 7.1.3)

_images/07_01_03.png

Рисунок 7.1.3 — ЗРК Patriot 11

  • Описание и причина:

    Во время Войны в Персидском заливе по казармам подразделений США был нанесен ракетный удар иракскими ракетами типа Р-17 (советская баллистическая ракета). Ни одна из ракет не была перехвачена, и удар достиг цели.

    В программном обеспечении ЗРК, отвечающем за ведение и перехват цели, присутствовала ошибка, из-за которой со временем внутренние часы постепенно отходили от истинного значения времени: системное время хранилось как целое число в 24-битном регистре с точностью до 0,1 секунды; при итоговом расчете данные переводились в вещественное число.

    Проблема заключалась в том, что число \(\cfrac{1}{10}\) не имеет точного представления в двоичной системе счисления:

    • \(\cfrac{1}{10}_{10} = 0,0001100110011001100110011001100…_{2}\);

    • \(\cfrac{1}{10}_{10} = 0,00011001100110011001100_{2}\) (24-битное целое в системе Patriot);

    • ошибка 1 измерения: ~ \(0,000000095_{10}\);

    • ошибка за 100 часов работы \(0,000000095 \cdot 10 \cdot 60 \cdot 60 \cdot 100 = 0,34\) с.;

    • ракета Р-17 летит со скоростью 1676 м/c, и проходит за 0,34 с. больше полукилометра.

    Данной ошибки в измерениях было достаточно, чтобы ракета преодолела радиус поражения Patriot (Рисунок 7.1.4, Видео 7.1.1).

    _images/07_01_04.png

    Рисунок 7.1.4 — Неправильное определение зоны пролета ракеты 12

    Видео 7.1.1 — Демонстрация ошибки ПО Patriot

  • Примерный ущерб / потери

    Погибло 28 американских солдат и еще двести получили ранения.

7.1.1.4. 2000 г.: Проблема 2000 года (Y2K)¶

  • Описание и причина:

    Разработчики программного обеспечения, выпущенного в XX веке, зачастую использовали два знака для представления года в датах: например, 1 января 1961 года представлялось как «01.01.61». При наступлении 1 января 2000 года при двузначном представлении года после 99 наступал 00 год (т.е. 99 + 1 = 00), что интерпретировалось многими старыми программами как 1900 год. Сложность была еще и в том, что многие программы обращались к вычислению дат вперед (например, при составлении плана закупок, планировании даты полета и т.д.) (Рисунок 7.1.5).

    _images/07_01_05.png

    Рисунок 7.1.5 — Табло показывает 3 января 1900 года, вместо 3 января 2000 года. Франция 13

  • Примерный ущерб / потери

    30-300 млрд. долларов.

7.1.1.5. 2009-2011 г.: отзыв автомобилей Toyota¶

  • Описание и причина:

    Неисправность в дроссельной заслонке (регулирует количество горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя внутреннего сгорания) с электронным контролем (ETC) приводила к случайным ускорениям автомобиля (Видео 7.1.2).

    Видео 7.1.2 — Случайное ускорение автомобиля

    В ходе десятимесячного расследования специалисты NASA выявили, что программное обеспечение не соответствует стандартам MISRA (англ. Motor Industry Software Reliability Association) и содержит 7134 нарушения. Представители Toyota ответили, что у них свои собственные стандарты.

    20 декабря 2010 года Тойота отвергнула обвинения, но выплатила 16 млрд. долларов в досудебном порядке по искам, выпустила обновление ПО для некоторых моделей машин и отозвала 5,5 млн. автомобилей 8 (Рисунок 7.1.6).

    _images/07_01_06.png

    Рисунок 7.1.6 — Lexus ES 350 2007-2010 — одна из моделей с неисправностью 14

  • Примерный ущерб / потери

    Погибло не менее 89 человек, многомиллиардные потери компании.

7.1.2. Определение и разновидности ошибок¶

Ошибка (также баг от англ. Software Bug) — неполадка в программе, из-за которой она ведет себя неопределенно, выдавая неожиданный результат.

Основные категории ошибок:

  • синтаксические;

  • логические;

  • ошибки времени выполнения;

  • недокументированное поведение.

7.1.2.1. Синтаксические ошибки¶

  • Причина:

    Несоответствие синтаксису языка программирования. Для компилируемых языков программирования синтаксическая ошибка не позволит выполнить компиляцию.

  • Пример:

    >>> for i in range(10)
  File "<stdin>", line 1
    for i in range(10)
                     ^
SyntaxError: invalid syntax

7.1.2.2. Логические (семантические) ошибки¶

  • Причина:

    Несоответствие правильной логике работы программы.

  • Пример:

    >>> def avg_of_2(a, b):
...     return a + b / 2
...
>>> avg_of_2(4, 8)  # Вернет 8 вместо 6

7.1.2.3. Ошибки времени выполнения¶

  • Причина:

    Любая неполадка, возникающая во время работы программы, например: целочисленное деление на ноль, ошибка при чтении файла, исчерпание доступной памяти и др.

  • Пример:

    >>> a = 5
>>> b = 0
>>> a / b
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ZeroDivisionError: division by zero

7.1.2.4. Недокументированное поведение¶

  • Причина:

    Серьезные ошибки, которые не проявляются при нормальном ходе выполнения программы, однако весьма опасны для безопасности всей системы в случае целенаправленной атаки.

  • Пример:

    Одним из наиболее известных примеров являются SQL-инъекции — внедрение в запрос произвольного SQL-кода.

    -- Код на сервере
txtUserId = getRequestString("UserId");
txtSQL = "SELECT * FROM Users WHERE UserId = " + txtUserId;

-- "Стандартный" вызов на клиенте при UserId = 105 сформирует запрос
SELECT * FROM Users WHERE UserId = 105

-- Передача в качестве 'UserId' значения
-- "105; DROP TABLE Suppliers" приведет к удалению таблицы 'Suppliers'
SELECT * FROM Users WHERE UserId = 105; DROP TABLE Suppliers

Синтаксические и ошибки времени выполнения приводят к немедленному завершению (краху (англ. Crash)) выполнения программы в отличие от логических ошибок, после которых программа может продолжить работу. Пример краха программного обеспечения приведен на Видео 7.1.3.

Видео 7.1.3 — Презентация ОС Windows 98

7.1.3. Поиск ошибок и отладка программы¶

Поиск ошибок выполняется на этапе тестирования программного обеспечения, в процессе которого происходит обнаружение, локализация и устранение ошибок — или отладка. В процессе отладки происходит определение текущих значений переменных и путей выполнения программы, приведших к сбою.

Существуют две взаимодополняющие технологии отладки:

  • использование отладчиков: программ, которые включают в себя пользовательский интерфейс для пошагового выполнения программы: оператор за оператором, функция за функцией, с остановками на некоторых строках исходного кода или при достижении определенного условия (Рисунок 7.1.7);

    _images/07_01_07.png

    Рисунок 7.1.7 — Пример отладки в IDE PyCharm: выполнение «заморожено» на точке останова (англ. Breakpoint), при этом IDE отображает текущие значения переменных, дополнительные окна и параметры

  • вывод текущего состояния программы с помощью расположенных в критических точках программы операторов вывода — на экран, принтер, громкоговоритель или в файл. Вывод отладочных сведений в файл называется журналированием (также логгированием или аудитом) (Листинг 7.1.1).

    Листинг 7.1.1 — Пример отладочного вывода с использованием функции print() | скачать

    import random

a = random.randint(1, 100)
b = random.randint(1, 100)

print(a, b)  # 44 97

print(a**2 + b**2)  # 11345

7.1.4. Подходы к обработке ошибок¶

При написании кода необходимо предусматривать, что в определенном месте программы может возникнуть ошибка и дополнять код на случай ее возникновения.

Существует два ключевых подхода программирования реакции на возможные ошибки:

  1. «Семь раз отмерь, один раз отрежь» — LBYL (англ. Look Before You Leap);

    Суть подхода: прежде чем выполнить основное действие выполняются проверки — не получится ли деления на ноль, есть ли файл на диске и т.д.

  2. «Легче попросить прощения, чем разрешения» — EAFP (англ. «It’s Easier To Ask Forgiveness Than Permission»).

    Суть подхода: сначала выполняется основное действие, а затем, если возникнут, обрабатываются ошибки. Данный механизм поддерживается в различных языках программирования и называется обработкой исключений, а сама ошибочная ситуация — исключением.

В Листинге 7.1.2 приведен пример сравнения двух подходов.

Листинг 7.1.2 — Псевдокод функций, использующих разные подходы к обработке ошибок: «Семь раз отмерь, один раз отрежь» и «Легче попросить прощения, чем разрешения»

Обе функции возвращают решение линейного уравнения и НИЧЕГО, если 'a' = 0


ФУНКЦИЯ найти_корень_1(a, b):
    ЕСЛИ a не равно 0
        ВЕРНУТЬ -b / a
    ИНАЧЕ
        ВЕРНУТЬ НИЧЕГО


ФУНКЦИЯ найти_корень_2(a, b):
    ОПАСНЫЙ БЛОК КОДА      # Внутри данного блока пишется код, который
        ВЕРНУТЬ -b / a     # потенциально может привести к ошибкам
    ЕСЛИ ПРОИЗОШЛА ОШИБКА  # В случае деления на 0 попадаем сюда
        ВЕРНУТЬ НИЧЕГО

Подход «Семь раз отмерь, один раз отрежь» имеет определенные минусы:

  • проверки могут уменьшить читаемость и ясность основного кода;

  • код проверки может дублировать значительную часть работы, осуществляемой основным кодом;

  • разработчик может легко допустить ошибку, забыв какую-либо из проверок;

  • ситуация может изменится между моментом проверки и моментом выполнения операции.

В языках программирования, поддерживающих обработку исключений, рекомендуемым подходом к обработке ошибок является EAFP.

7.1.5. Обработка исключений в Python¶

7.1.5.1. Понятия исключения¶

При возникновении ошибки времени выполнения Python создает (возбуждает) специальный объект — исключение, который позволяет однозначно характеризовать возникшую ошибочную ситуацию. Выбор подходящего исключения происходит из встроенной иерархии классов-исключений (фрагмент):

  • BaseException (базовое исключение)

    • SystemExit (исключение, порождаемое функцией sys.exit() при выходе из программы)

    • KeyboardInterrupt (прерывании программы пользователем, Ctrl+C)

    • Exception (базовое несистемное исключение)

      • ArithmeticError (арифметическая ошибка)

        • FloatingPointError (неудачное выполнение операции с плавающей запятой)

        • OverflowError (результат арифметической операции слишком велик для представления)

        • ZeroDivisionError (деление на ноль)

      • LookupError (некорректный индекс или ключ)

        • IndexError (индекс не входит в диапазон элементов)

        • KeyError (несуществующий ключ)

      • MemoryError (недостаточно памяти)

      • NameError (не найдено переменной с таким именем)

      • OSError (ошибка, связанная с ОС — есть подклассы, например FileNotFoundError)

      • SyntaxError (синтаксическая ошибка, включает классы IndentationError и TabError)

      • SystemError (внутренняя ошибка)

      • TypeError (операция применена к объекту несоответствующего типа)

      • ValueError (аргумент правильного типа, но некорректного значения)

Пример встроенного возбуждения исключения:

>>> "я - строка" / 5
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'str' and 'int'

7.1.5.2. Конструкция try

Придерживаясь идеологии «Легче попросить прощения, чем разрешения», Python предусматривает конструкцию try для обработки возникающих исключений.

try
except
else
finally
try:                              # (try строго 1)
    try_ suite                    # код, который может выполниться с ошибкой
except exception_group1 as var1:  # (except - 0 (если есть finally) и более)
    except_suite1                 # код, выполняемый в случае исключения 'exception_group1'
...                               # ссылка на исключение может быть записана в 'var1'
except exception_groupN as varN:
    except_suiteN                 # код, выполняемый в случае исключения 'exception_groupN'
...                               # except-блоков может быть произвольное кол-во
else:                             # (else - 0 или 1)
    else_suite                    # выполняется, если try не завершен преждевременно (например, break)
finally:                          # (finally - 0 или 1)
    finally_suite                 # код, который должен выполнится всегда (была ошибка выше или нет)

Ход выполнения:

  • код, который потенциально может привести к ошибке, помещается в блок try;

  • в случае ошибки, код немедленно завершается и переходит в обработчик except (если он указан для соответствующего исключения);

  • после поток выполнения переходит к else (если исключений не было) и finally (в любом случае).

На Рисунке 7.1.8 приведены общие варианты потока выполнения программы при обработке исключений.

_images/07_01_08.png

Рисунок 7.1.8 — Варианты потока выполнения программы при обработке исключений 4

Обработка исключений (и соответственно идеология «Легче попросить прощения, чем разрешения») — предпочитаемый способ в Python, а использование блоков зависит от конкретной ситуации.

Наиболее общий вариант обработки исключений приведен в Листинге 7.1.3.

Листинг 7.1.3 — Наиболее простой способ обработки исключений | скачать

try:
    x = int(input("Введите целое число x (для вычисления 1/x): "))
    res = 1 / x

    print("1/{} = {:.2f}".format(x, res))
except:
    print("Произошла ошибка!")

# --------------
# Примеры вывода:

# Введите целое число x (для вычисления 1/x): 3
# 1/3 = 0.33

# Введите целое число x (для вычисления 1/x): qwerty
# Произошла ошибка!

Подобный вариант обработки исключений не рекомендуется, т.к. блок except будет перехватывать любое исключение, что не позволит точно определить ошибку в коде. Улучшить код можно, добавив обработку исключения по классу (Листинг 7.1.4).

Листинг 7.1.4 — Обработка общего класса исключений Exception | скачать

try:
    x = int(input("Введите целое число x (для вычисления 1/x): "))
    res = 1 / x

    print("1/{} = {:.2f}".format(x, res))
except Exception as err:
    print("Произошла ошибка!")
    print("Тип:", type(err))
    print("Описание:", err)

# --------------
# Примеры вывода:

# Введите целое число x (для вычисления 1/x): 3
# 1/3 = 0.33

# Введите целое число x (для вычисления 1/x): 5.5
# Произошла ошибка!
# Тип: <class 'ValueError'>
# Описание: invalid literal for int() with base 10: '5.5'

Рекомендуемым способом обработки исключений является как можно большая конкретизация класса исключения (Листинг 7.1.5).

Листинг 7.1.5 — Обработка конкретных классов исключений | скачать

try:
    x = int(input("Введите целое число x (для вычисления 1/x): "))
    res = 1 / x

    print("1/{} = {:.2f}".format(x, res))
except ZeroDivisionError:
    print("На ноль делить нельзя!")
except ValueError as err:  # 'err' содержит ссылку на исключение
    print("Будьте внимательны:", err)
except (FileExistsError, FileNotFoundError):  # Исключения можно перечислять в виде кортежа
    print("Этого никогда не случится - мы не работаем с файлами")
except Exception as err:
    # Все, что не обработано выше и является потомком 'Exception',
    # будет обработано здесь
    print("Произошла ошибка!")
    print("Тип:", type(err))
    print("Описание:", err)

# --------------
# Примеры вывода:

# Введите целое число x (для вычисления 1/x): 3
# 1/3 = 0.33

# Введите целое число x (для вычисления 1/x): 0
# На ноль делить нельзя!

# Введите целое число x (для вычисления 1/x): qwerty
# Будьте внимательны: invalid literal for int() with base 10: 'qwerty'

7.1.5.3. Возбуждение исключений (raise)¶

Исключения являются не только механизмом обработки ошибок, но и удобным средством управления потоком выполнения. Так, необходимое исключение можно возбудить вручную, когда это необходимо, используя конструкцию raise.

raise
raise exception(args)  # явное указание класса возбуждаемого исключения

# или

raise                  # 1) повторное возбуждение активного исключения (re-raise)
                       #    внутри блока except
                       # 2) 'TypeError' по умолчанию

Возбуждаемое исключение может быть как встроенным (если соответствует по смыслу), так и пользовательским (создаваемым самостоятельно).

В Листинге 7.1.6 приведен пример использование оператора raise.

Листинг 7.1.6 — Использование raise для управления потоком выполнения | скачать

MIN = 1
MAX = 10

try:
    x = int(input("Введите целое число от {} до {}: ".format(MIN, MAX)))

    if not MIN <= x <= MAX:
        # Возбудив исключение, его можно будет обработать в except
        # вместе с другими похожими исключениями
        raise ValueError("Число лежит вне интервала [{}; {}]!".format(MIN, MAX))

    print("Спасибо!")
except ValueError as err:  # 'err' содержит ссылку на исключение
    print("Будьте внимательны:", err)

# --------------
# Примеры вывода:

# Введите целое число от 1 до 10: 5
# Спасибо!

# Введите целое число от 1 до 10: 15
# Будьте внимательны: Число лежит вне интервала [1; 10]!

# Введите целое число от 1 до 10: qwerty
# Будьте внимательны: invalid literal for int() with base 10: 'qwerty'

7.1.5.4. Особенности обработки исключений внутри функций¶

Обработка исключений аналогично производится и внутри функций, однако, необходимо писать код так, чтобы вызывающий код знал о случившемся, если это влияет на его дальнейшую работу.

Разница в обработке исключений приведена в Листинге 7.1.7.

Листинг 7.1.7 — Различная обработка исключений в функции | скачать

# Ниже представлены 3 варианта обработки исключений в функциях
# Основное правило - обработка исключений внутри возможна и нужна, однако
#                    вызывающий код должен также знать о случившемся, если
#                    влияет на дальнейшую работу


def get_1_x(x):
    """Вернуть 1/x.

    Функция не обрабатывает исключения - ответственность на вызывающем коде.
    """
    return 1/x


def get_2_x(x):
    """Вернуть 2/x.

    Функция обрабатывает исключения, "затушив" ошибку - вызывающий код
    не будет знать, сработала функция правильно или нет.

    Данный способ использовать не рекомендуется!
    """
    try:
        return 2/x
    except Exception as e:
        print("Внутри произошла ошибка...", e)


def get_3_x(x):
    """Вернуть 3/x.

    Функция не только обрабатывает исключения, но перевозбуждает его:
    в результате вызывающий так же получает возникшее исключение.

    Внутренняя обработка исключений может быть полезна, если в целом результат
    функции не связан с внутренней ошибкой.
    """
    try:
        return 3/x
    except Exception as e:
        print("Внутри произошла ошибка...", e)
        raise

funcs = (get_1_x, get_2_x, get_3_x)
# Вызываем каждую функцию с "ошибочным" параметром
for func in funcs:
    try:
        print("-" * 50)
        print("Запущена функция:", func.__name__)
        print(func(0))
    except Exception as e:
        print("Произошла ошибка: {}.".format(e))

# -------------
# Пример вывода:

# --------------------------------------------------
# Запущена функция: get_1_x
# Произошла ошибка: division by zero.
# --------------------------------------------------
# Запущена функция: get_2_x
# Внутри произошла ошибка... division by zero
# None
# --------------------------------------------------
# Запущена функция: get_3_x
# Внутри произошла ошибка... division by zero
# Произошла ошибка: division by zero.

7.1.5.5. Утверждения (assert)¶

Еще один способ, используемый для борьбы с ошибками — использование утверждений — специальных конструкций, выполняющих проверку произвольного условия на истинность.

В Python утверждения поддерживаются оператором assert.

assert
assert boolean_expression[, optional_expression]

# boolean_expression: логическое выражение для проверки
# optional_expression: необязательное сообщение (строка)

Если boolean_expression возвращает False, возбуждается исключение AssertionError с сообщением optional_expression (если задано).

Пример использования утверждений приведен в Листинге 7.1.8.

Листинг 7.1.8 — Использование утверждений в Python | скачать

# Использование оператора assert
# поможет отследить неверно реализованную функцию


def add_to_list(x, lst=[]):
    # Использование assert здесь оправдано - список всегда
    # подразумевается пустым
    assert len(lst) == 0, "Список должен быть пуст!"

    lst.append(x)
    return lst


print(add_to_list(1))
print(add_to_list(2))

# -------------
# Пример вывода:

# [1]
# Traceback (most recent call last):
#   File "07_01_08_a.py", line 15, in <module>
#     print(add_to_list(2))
#   File "07_01_08_a.py", line 8, in add_to_list
#     assert len(lst) == 0, "Список должен быть пуст!"
# AssertionError: Список должен быть пуст!

Примечание

В отличие от исключений утверждения являются отладочным инструментом и могут быть отключены при компиляции/интерпретации программы

7.1.5.6. Исключения или утверждения?¶

При выборе, использовать исключения или утверждения, придерживайтесь правил (Таблица 7.1.1).

Таблица 7.1.1 — Использовать исключения или утверждения?

№

Исключения

Утверждения

Обработка ошибок, которые могут произойти во время выполнения программы (неправильный ввод пользователя и т.п.)

Проверка ситуаций, которые предположительно не могут произойти

1

Проверка параметров общедоступных функций (исключения не могут быть отключены — проверка будет осуществлена всегда, а также класс исключения говорит о конкретном типе ошибки в отличие от утверждения)

Проверка предусловий, постусловий и инвариантов в необщедоступном коде (локальных функциях, внутреннем коде и т.д.)

2

Предоставление информации об ошибке пользователю

Предоставление информации об ошибке команде разработки

3

Восстановление из ошибочной ситуации (например, дальнейшая работа программы, если не удалось открыть файл)

Проверка невозможных ситуаций, свидетельствующих о серьезной ошибке в коде (например, выход за границы списка)

Примеры использования исключения и утверждений приведены в Листингах 7.1.9 (а-в).

Листинг 7.1.9 (а) — Использование исключений и утверждений в Python | скачать

# Исключения и утверждения могут проверять параметры функции,
# выступая в т.ч. более строгим вариантом документации


def fact(x):
    """Вернуть факториал 'x'.

    Не передавайте числа больше 15 во избежание переполнения памяти.
    """
    if x <= 1:
        return 1
    else:
        return x * fact(x-1)


def fact_save_1(x):
    assert x <= 15, \
        "Не передавайте числа больше 15 во избежание переполнения памяти"

    return fact(x)


def fact_save_2(x):
    if not x <= 15:
        raise ValueError("Не передавайте числа больше 15 во избежание "
                         "переполнения памяти")

    return fact(x)


print("{:>3} {:>20} {:>20}".format(*("x", "fact()", "fact_save()")))
for x in (5, 20):
    print("{:3}".format(x), end=" ")
    print("{:20}".format(fact(x)), end=" ")
    # print("{:20}".format(fact_save_1(x)))
    print("{:20}".format(fact_save_2(x)))

# -------------
# Пример вывода:

#   x               fact()          fact_save()
#   5                  120                  120
#  20  2432902008176640000 Traceback (most recent call last):
#   File "07_01_08_b.py", line 23, in <module>
#     print("{:20}".format(fact_save(x)))
#   File "07_01_08_b.py", line 15, in fact_save
#     assert x <= 15, "Не передавайте числа больше 15 во избежание переполнения памяти"
# AssertionError: Не передавайте числа больше 15 во избежание переполнения памяти
#
#   x               fact()          fact_save()
#   5                  120                  120
#  20  2432902008176640000 Traceback (most recent call last):
#   File "07_01_08_b.py", line 34, in <module>
#     print("{:20}".format(fact_save_2(x)))
#   File "07_01_08_b.py", line 24, in fact_save_2
#     raise ValueError("Не передавайте числа больше 15 во избежание "
# ValueError: Не передавайте числа больше 15 во избежание переполнения памяти

Листинг 7.1.9 (б) — Использование исключений и утверждений в Python | скачать

# Использование оператора assert для проверки входных и выходных данных


def make_call(accounts, account_id, mins, costs_per_min):
    """Списать со счета 'account' на 'value' баллов в случае звонка.

    Параметры:
        - accounts (dict): словарь со всеми счетами абонентов;
        - account_id (int): идентификатор абонента в словаре 'accounts';
        - mins (int): количество минут разговора;
        - costs_per_min (int): стоимость минуты разговора.
    """

    def get_costs(mins, costs_per_min):
        """Вернуть стоимость звонка.

        Параметры:
            - mins (int): количество минут разговора;
            - costs_per_min (int): стоимость минуты разговора.
        """
        return -mins * costs_per_min

    # Проверка типов
    assert isinstance(mins, int), "Параметр 'mins' имеет неверный тип!"
    assert isinstance(costs_per_min, (int, float)),\
        "Параметр 'costs_per_min' имеет неверный тип!"

    # Проверка значений
    assert mins > 0, "Параметр 'mins' должен быть > 0"
    assert costs_per_min >= 0, "Параметр 'costs' должен быть >= 0"

    # Расчет (стоимость звонка не должна быть меньше 0)
    costs_total = get_costs(mins, costs_per_min)
    assert costs_total >= 0,\
        "Расчет стоимости звонка был осуществлен неверно!"
    accounts[account_id] -= costs_total


# Словарь ID=Баланс
accounts = {"Василий Иванов": 100}
print(accounts)

try:
    make_call(accounts, "Василий Иванов", mins=4, costs_per_min=2)
except Exception as e:
    print("Во время списывания стоимости звонка произошла ошибка:", e)

print(accounts)

Листинг 7.1.9 (в) — Использование исключений и утверждений в Python | скачать

# Совместное использование исключений и утверждений

weekday_names = {
    1: "Понедельник",
    2: "Вторник",
    3: "Среда",
    4: "Четверг",
    5: "Пятница",
    6: "Суббота",
    7: "Воскресенье"
}


def weekday_name(weekday):
    """Вернуть название дня недели. Нумерация с 1.

    Параметры:
        weekday (int): номер дня недели.

    Исключения:
        - TypeError: 'weekday' не int;
        - ValueError: 'weekday' не число от 1 до 7.

    Результат:
        str: название дня недели.
    """
    # "Невозможная" ситуация - словарь 'weekday_names' может быть
    # "испорчен" - проверяется с помощью assert.
    assert weekday_names is not None and isinstance(weekday_names, dict), \
        "Внутренняя ошибка программы. Обратитесь в разрабочику."

    # Параметры функции проверяются с помощью исключений
    if not isinstance(weekday, int):
        raise TypeError("Параметр 'weekday' должен быть типа 'int'.")
    if weekday not in weekday_names:
        raise ValueError("Параметр 'weekday' должен быть целым числом "
                         "от 1 до 7.")

    return weekday_names[weekday]


# Блок try используется в любом случае т.к. может возникнуть ошибка
# независимо от того, используется пользовательский ввод,
# чтение данных из какого-либо источника или просто вызов функции

while True:
    try:
        weekday = int(input("Введите номер дня недели (1-7): "))

        # if not 1 <= weekday <= 7:
        #     raise ValueError("Номер дня недели должен быть целым числом "
        #                      "от 1 до 7.")

        # Раскомментируйте код ниже, чтобы получить срабатывание assert
        # weekday_names = None

        print("Это -", weekday_name(weekday))

        break
    except TypeError as err:
        print("Проверьте, что введено целое число.")
    except ValueError as err:
        print("Проверьте, что введено целое число, и оно "
              "находится в допустимых границах.")
    except Exception as err:
        print("Ошибка при определении названия дня недели.")
        print(err)  # Запись в лог информации об ошибке

7.1.6. Рекомендации¶

Программный код должен быть написан с учетом того, что в любом его месте может возникнуть ошибка, для чего необходимо эффективно использовать соответствующие средства языка программирования:

  • код, который потенциально может привести к ошибкам, должен быть помещен в блок try;

  • блок except должен:

    • обрабатывать исключения максимально конкретно (указывать конкретные классы); стоит определять свои классы исключений, когда это это имеет смысл;

    • категорически не следует «тушить» исключения (писать пустой или бессмысленный except);

    • в блоках except следует снова возбуждать исключения (raise), которые не обрабатываются явно, передавая обработку в участок кода, который должен определять дальнейшие действия программы;

  • блок finally следует использовать для освобождения ресурсов (это может быть закрытие файла или сетевого соединения), независимо от того, прошла операция успешно или нет.

1

Sebesta, W.S Concepts of Programming languages. 10E; ISBN 978-0133943023.

2

Python — официальный сайт. URL: https://www.python.org/.

3

Python — FAQ. URL: https://docs.python.org/3/faq/programming.html.

4

Саммерфилд М. Программирование на Python 3. Подробное руководство. — М.: Символ-Плюс, 2009. — 608 с.: ISBN: 978-5-93286-161-5.

5

Лучано Рамальо. Python. К вершинам мастерства. — М.: ДМК Пресс , 2016. — 768 с.: ISBN: 978-5-97060-384-0, 978-1-491-94600-8.

6

5 худших багов в истории. URL: https://tproger.ru/articles/5-worst-bugs-in-history/.

7

List of software bugs. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_software_bugs.

8

Toyota: 81 514 нарушений в коде. URL: https://habrahabr.ru/company/pvs-studio/blog/310862/.

9

Mariner-1. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%80%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D1%80-1#/media/File:Atlas_Agena_with_Mariner_1.jpg.

10

Therac-25. URL: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bd/Clinac_2rtg.jpg.

11

ЗРК Patriot. URL: http://vpk.name/file/img/Patriot_antimissile.t.jpg.

12

Incorrectly Calculated Range Gate. URL: https://hsto.org/files/853/04a/1dc/85304a1dc1b6499d94d5394436e42faf.jpg.

13

Табло показывает 3 января 1900 года, вместо 3 января 2000 года. Франция. URL: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fb/Bug_de_l%27an_2000.jpg.

14

MY 2007–2010 Lexus ES 350. URL: http://pictures.topspeed.com/IMG/crop/201108/lexus-es-350-6_1600x0w.jpg.

Источник

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Ошибки во время публичного выступления
  • Ошибки времени выполнения java
  • Ошибки выборки при собственно случайном отборе
  • Ошибки врв мицубиси электрик
  • Ошибки выборки общая характеристика