Синтаксические и логические ошибки тестирование и отладка программы - Решение и исправление самых разных ошибок на TopOshibok.ru

Семантическая
отладка — это процесс нахождения и
исправления ошибок, связанных с
неправильным указанием логических
страниц данных.

Существует
3 способа отладки программы:

Пошаговая
отладка программ с заходом в подпрограммы;

Пошаговая
отладка программ с выполнением
подпрограммы как одного оператора;

Выполнение
программы до точки остановки.

Пошаговая
отладка программ заключается в том,
что выполняется один оператор программы
и, затем контролируются те переменные,
на которые должен был воздействовать
данный оператор.

Если
в программе имеются уже отлаженные
подпрограммы, то подпрограмму можно
рассматривать, как один оператор
программы и воспользоваться вторым
способом отладки программ.

Если
в программе существует достаточно
большой участок программы, уже отлаженный
ранее, то его можно выполнить, не
контролируя переменные, на которые он
воздействует. Использование точек
остановки позволяет пропускать уже
отлаженную часть программы. Точка
остановки устанавливается в местах,
где необходимо проверить содержимое
переменных или просто проконтролировать,
передаётся ли управление данному
оператору.

Тестирование
— это динамический контроль программы,
т.е. проверка правильности программы
при ее выполнении на компьютере.

Каждому
программисту известно, сколько времени
и сил уходит на отладку и тестирование
программ. На этот этап приходится около
50% общей стоимости разработки программного
обеспечения. Но не каждый из разработчиков
программных средств может верно,
определить цель тестирования. Нередко
можно услышать, что тестирование — это
процесс выполнения программы с целью
обнаружения в ней ошибок. Но эта цель
недостижима: ни какое самое тщательное
тестирование не дает гарантии, что
программа не содержит ошибок. Другое
определение: это процесс выполнения
программы с целью обнаружения в ней
ошибок. Отсюда ясно, что “удачным”
тестом является такой, на котором
выполнение программы завершилось с
ошибкой. Напротив, “неудачным” можно
назвать тест, не позволивший выявить
ошибку в программе. Определение также
указывает на объективную трудность
тестирования: это деструктивный ( т.е.
обратный созидательному ) процесс.
Поскольку программирование — процесс
конструктивный, ясно, что большинству
разработчиков программных средств
сложно “переключиться” при тестировании
созданной ими продукции. Основные
принципы организации тестирования:

необходимой
частью каждого теста должно являться
описание ожидаемых результатов работы
программы, чтобы можно было быстро
выяснить наличие или отсутствие ошибки
в ней;

следует
по возможности избегать тестирования
программы ее автором, т.к. кроме уже
указанной объективной сложности
тестирования для программистов здесь
присутствует и тот фактор, что обнаружение
недостатков в своей деятельности
противоречит человеческой психологии
(однако отладка программы эффективнее
всего выполняется именно автором
программы);

по
тем же соображениям организация —
разработчик программного обеспечения
не должна “единолично ” его тестировать
(должны существовать организации,
специализирующиеся на тестировании
программных средств);

должны
являться правилом доскональное изучение
результатов каждого теста, чтобы не
пропустить малозаметную на поверхностный
взгляд ошибку в программе;

необходимо
тщательно подбирать тест не только для
правильных (предусмотренных ) входных
данных, но и для неправильных
(непредусмотренных);

при
анализе результатов каждого теста
необходимо проверять, не делает ли
программа того, что она не должна делать;

следует
сохранять использованные тесты (для
повышения эффективности повторного
тестирования программы после ее
модификации или установки у заказчика);

тестирования
не должно планироваться исходя из
предположения, что в программе не будут
обнаружены ошибки (в частности, следует
выделять для тестирования достаточные
временные и материальные ресурсы);

следует
учитывать так называемый “принцип
скопления ошибок” : вероятность наличия
не обнаруженных ошибок в некоторой
части программы прямо пропорциональна
числу ошибок, уже обнаруженных в этой
части;

следует
всегда помнить, что тестирование —
творческий процесс, а не относиться к
нему как к рутинному занятию.

Существует
два основных вида тестирования:
функциональное и структурное. При
функциональном тестировании программа
рассматривается как “черный ящик”
(то есть ее текст не используется).
Происходит проверка соответствия
поведения программы ее внешней
спецификации. Возможно ли при этом
полное тестирование программы? Очевидно,
что критерием полноты тестирования в
этом случае являлся бы перебор всех
возможных значений входных данных, что
невыполнимо.

Поскольку
исчерпывающее функциональное тестирование
невозможно, речь может идти о разработки
методов, позволяющих подбирать тесты
не “вслепую”, а с большой вероятностью
обнаружения ошибок в программе. При
структурном тестировании программа
рассматривается как “белый ящик”
(т.е. ее текст открыт для пользования).
Происходит проверка логики программы.
Полным тестированием в этом случае
будет такое, которое приведет к перебору
всех возможных путей на графе передач
управления программы (ее управляющем
графе). Даже для средних по сложности
программ числом таких путей может
достигать десятков тысяч.

Таким
образом, ни структурное, ни функциональное
тестирование не может быть исчерпывающим.
Рассмотрим подробнее основные этапы
тестирования программных комплексов.
В тестирование многомодульных программных
комплексов можно выделить четыре этапа:

тестирование
отдельных модулей;

совместное
тестирование модулей;

тестирование
функций программного комплекса (т.е.
поиск различий между разработанной
программой и ее внешней спецификацией
);

тестирование
всего комплекса в целом (т.е. поиск
несоответствия созданного программного
продукта, сформулированным ранее целям
проектирования, отраженным обычно в
техническом задании).

На
первых двух этапах используются, прежде
всего, методы структурного тестирования,
т.к. на последующих этапах тестирования
эти методы использовать сложнее из-за
больших размеров проверяемого
программного обеспечения; последующие
этапы тестирования ориентированы на
обнаружение ошибок различного типа,
которые не обязательно связаны с логикой
программы.

12.
Данные в языке Си: константы и переменные.
Скалярные типы данных. Модификаторы
типов.

13.
Данные числовых типов в языке Си:
объявление, характеристика, допустимые
операции, приведение типов. Пример
использования.

14.
Операции языка Си. Приоритет операций.
Оператор и операция присваивания в
языке операции, приведение типов. Пример
использования.

Оператор
присваивания может присутствовать в
любом выражении языка С^[1].
Этим С отличается от большинства других
языков программирования (Pascal, BASIC и
FORTRAN), в которых присваивание возможно
только в отдельном операторе. Общая
форма оператора присваивания:

имя_переменной=выражение;

Выражение
может быть просто константой или сколь
угодно сложным выражением. В отличие
от Pascal или Modula-2, в которых для присваивания
используется знак «:=», в языке С
оператором присваивания служит
единственный знак присваивания
«=». Адресатом(получателем),
т.е. левой частью оператора присваивания
должен быть объект, способный получить
значение, например, переменная.

В
книгах по С и в сообщениях компилятора
часто встречаются термины lvalue^[2] (left
side value)
и rvalue^[3] (right
side value).
Попросту говоря, lvalue —
это объект. Если этот объект может
стоять в левой части присваивания, то
он называется такжемодифицируемым (modifiable) lvalue.
Подытожим сказанное: lvalue —
это объект в левой части оператора
присваивания, получающий значение,
чаще всего этим объектом является
переменная. Термин rvalue означает
значение выражения в правой части
оператора присваивания.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Источник

Отладка программы призвана выискивать «вредителей» кода и устранять их. За это отвечают отладчик и журналирование для вывода сведений о программе.

В предыдущей части мы рассмотрели исходный код и его составляющие.

После того, как вы начнете проверять фрагменты кода или попытаетесь решить связанные с ним проблемы, вы очень скоро поймете, что существуют моменты, когда программа крашится, прерывается и прекращает работу.

Это часто вызвано ошибками, известными как дефекты или исключительные ситуации во время выполнения. Акт обнаружения и удаления ошибок из нашего кода – это отладка программы. Вы лучше разберетесь в отладке на практике, используя ее как можно чаще. Мы не только отлаживаем собственный код, но и порой дебажим написанное другими программистами.

Для начала необходимо рассортировать общие ошибки, которые могут возникнуть в исходном коде.

Синтаксические ошибки

Эти эрроры не позволяют скомпилировать исходный код на компилируемых языках программирования. Они обнаруживаются во время компиляции или интерпретации исходного кода. Они также могут быть легко обнаружены статическими анализаторами (линтами). Подробнее о линтах мы узнаем немного позже.

Синтаксические ошибки в основном вызваны нарушением ожидаемой формы или структуры языка, на котором пишется программа. Как пример, это может быть отсутствующая закрывающая скобка в уравнении.

Семантические ошибки

Отладка программы может потребоваться и по причине семантических ошибок, также известных как логические. Они являются наиболее сложными из всех, потому что не могут быть легко обнаружены. Признак того, что существует семантическая ошибка, – это когда программа запускается, отрабатывает, но не дает желаемого результата.

Рассмотрим данный пример:

3 + 5 * 6

По порядку приоритета, называемому старшинством операции, с учетом математических правил мы ожидаем, что сначала будет оценена часть умножения, и окончательный результат будет равен 33. Если программист хотел, чтобы сначала происходило добавление двух чисел, следовало поступить иначе. Для этого используются круглые скобки, которые отвечают за смещение приоритетов в математической формуле. Исправленный пример должен выглядеть так:

(3 + 5) * 6

3 + 5, заключенные в скобки, дадут желаемый результат, а именно 48.

Ошибки в процессе выполнения

Как и семантические, ошибки во время выполнения никогда не обнаруживаются при компиляции. В отличие от семантических ошибок, эти прерывают программу и препятствуют ее дальнейшему выполнению. Они обычно вызваны неожиданным результатом некоторых вычислений в исходном коде.

Вот хороший пример:

input = 25
x = 0.8/(Math.sqrt(input) - 5)

Фрагмент кода выше будет скомпилирован успешно, но input 25 приведет к ZeroDivisionError. Это ошибка во время выполнения. Другим популярным примером является StackOverflowError или IndexOutofBoundError. Важно то, что вы идентифицируете эти ошибки и узнаете, как с ними бороться.

Существуют ошибки, связанные с тем, как ваш исходный код использует память и пространство на платформе или в среде, в которой он запущен. Они также являются ошибками во время выполнения. Такие ошибки, как OutOfMemoryErrorand и HeapError обычно вызваны тем, что ваш исходный код использует слишком много ресурсов. Хорошее знание алгоритмов поможет написать код, который лучше использует ресурсы. В этом и заключается отладка программы.

Процесс перезаписи кода для повышения производительности называется оптимизацией. Менее популярное наименование процесса – рефакторинг. Поскольку вы тратите больше времени на кодинг, то должны иметь это в виду.

Отладка программы

Вот несколько советов о том, как правильно выполнять отладку:

Использовать Linters. Linters – это инструменты, которые помогают считывать исходный код, чтобы проверить, соответствует ли он ожидаемому стандарту на выбранном языке программирования. Существуют линты для многих языков.
Превалирование IDE над простыми редакторами. Вы можете выбрать IDE, разработанную для языка, который изучаете. IDE – это интегрированные среды разработки. Они созданы для написания, отладки, компиляции и запуска кода. Jetbrains создают отличные IDE, такие как Webstorm и IntelliJ. Также есть NetBeans, Komodo, Qt, Android Studio, XCode (поставляется с Mac), etc.
Чтение кода вслух. Это полезно, когда вы ищете семантическую ошибку. Читая свой код вслух, есть большая вероятность, что вы зачитаете и ошибку.
Чтение логов. Когда компилятор отмечает Error, обязательно посмотрите, где он находится.

Двигаемся дальше

Поздравляем! Слово «ошибка» уже привычно для вас, равно как и «отладка программы». В качестве новичка вы можете изучать кодинг по книгам, онлайн-урокам или видео. И даже чужой код вам теперь не страшен

В процессе кодинга измените что-нибудь, чтобы понять, как он работает. Но будьте уверены в том, что сами написали.

Викторина

Какая ошибка допущена в фрагменте кода Python ниже?

items = [0,1,2,3,4,5]
print items[8]
//комментарий: элементы здесь представляют собой массив с шестью элементами. Например, чтобы получить 4-й элемент, вы будете использовать [3]. Мы начинаем отсчет с 0.

Какая ошибка допущена в фрагменте кода Python ниже?

input = Hippo'
if input == 'Hippo':
  print 'Hello, Hippo'

Ответы на вопросы

Ошибка выполнения: ошибка индекса вне диапазона.

2. Синтаксическая ошибка: Отсутствует стартовая кавычка в первой строке.

Источник

Аннотация: Лекция посвящена описанию вопросов, касающихся отладки приложений и работы с ошибками.

8.1. Ошибки при создании программы

Можно выделить два типа ошибок, с которыми сталкивается программист. Во-первых — это ошибки, которые сопровождают создание программ, а во вторых — ошибки времени выполнения.

Если вы неправильно введете оператор или ключевое слово, если забудете указать часть выражения — ошибка сразу же будет заметна в редакторе. Такие ошибки относятся к синтаксическим. Также на этапе разработки можно обнаружить и устранить логические ошибки. Они связаны с неправильными формулами расчета показателей, неверным использованием переменных и т.д.

Приведем несколько примеров синтаксических ошибок.

Неправильное ключевое слово. Такая ошибка сразу будет отмечена редактором. Например, если в конструкции цикла For-Next сделать ошибку в ключевом слове For — вы увидите сообщение об ошибке как только попытаетесь перейти к написанию следующей, после начала цикла, строки.
Ошибка при объявлении переменной. Если вы забудете указать ключевое слово Dim при объявлении переменной — редактор выдаст сообщение об ошибке. Однако, сделает он это лишь при попытке запуска программы.

А вот — логические ошибки.

Неправильное использование операторов. Например, вместо знака обычного деления вы случайно использовали знак целочисленного деления.
Расчет какого-либо показателя по неправильной формуле. Например, если неточно расставить скобки в каком-либо выражении — это приведет к ошибке, хотя внешне все может выглядеть правильным.
Неправильное использование функций — как встроенных, так и пользовательских. Например, используя функцию Str для получения строкового представления числа, вы не учли, что для положительных чисел эта функция добавляет в начало строки пробел. Далее вы попытались узнать первую цифру числа, вырезав первый символ полученной строки. Естественно, никакой цифры в этом случае не получится — лишь знак пробела для положительных или «минус» для отрицательных чисел.
Неправильное использование переменных. Например, вы используете два вложенных цикла для обработки двумерного массива. Одна из цикловых переменных имеет имя i, вторая — j. Они довольно сильно похожи внешне, их можно случайно перепутать при указании индексов массива. К тому же, обрабатывая массив в цикле довольно легко перепутать место каждой из переменных при указании индекса массива. Использование понятных имен переменных (например — my_Age или num_Vozrast для хранения возраста и т.д.) позволяет эффективно бороться с такими ошибками.
Случайное использование «новых» переменных. Например, вы предложили пользователю ввести некое значение и записали его в переменную num_Inp, а использовав эту переменную в выражении, напечатали не num_Inp, а num_Ihp. Внешне они похожи, но, присмотревшись, вы можете обнаружить, что имена разные. Еще сложней искать ошибки в латинских именах переменных, в которые «вкрались» русские буквы. Разницу между my_Name и my_Namе вы не увидите, но это — разные переменные — в конце второй вместо латинской e использована русская е. Эффективно бороться с такими ошибками можно, если задать в редакторе опцию обязательного объявления переменных ( Option Explicit ). При появлении необъявленной переменной редактор даст знать об этом.
Неправильное использование оператора сравнения. Например, это может быть оператор, который сравнивает некие величины не так, как вы предполагали — вместо знака < вы случайно использовали > или, редактируя сравнение (скажем, скопировав похожий оператор сравнения из другого места программы для ускорения работы), поменяли местами сравниваемые переменные или выражения, не поменяв знака и т.д.

Ошибки логики можно найти лишь тщательно проверив и протестировав программу. Чтобы облегчить работу с кодом программы, рекомендуется снабжать ее комментариями. Вовсе необязательно комментировать каждую строчку, достаточно выделить крупные функциональные блоки.

8.2. Ошибки при выполнении программы

Такие ошибки называют еще ошибками времени выполнения. Происходят они, как правило, при неправильном вводе данных пользователем, при возникновении обстоятельств, делающих дальнейшую нормальную работу программы невозможной. Например, ошибку вызовет попытка использовать текстовые данные в арифметическом выражении, попытка сохранения файла в несуществующей директории, деление на ноль и т.д.

Ошибки времени выполнения возникают в нормально работающих программах, которые прошли проверку на синтаксическую и логическую правильность. С этими ошибками можно бороться используя один из двух методов. Первый — разработка программы таким образом, чтобы не допустить этих ошибок, создание программных конструкций, которые предотвращают возникновение ошибок. Второе — перехват ошибок и их обработка.

Давайте, для начала, рассмотрим способы поиска ошибок в процессе создания программ

8.3. Тестирование программ и поиск ошибок

Синтаксические ошибки, как уже было сказано, выявляются обычно на очень раннем этапе — сразу после набора текста в редакторе. А вот для поиска логических ошибок полезно протестировать программу.

Для начала протестируйте вашу программу в обычном режиме работы. Например, если вы предлагаете ввести пользователю число — введите сами число и проверьте результаты работы. Если действия программы будут различаться в зависимости от введенных данных — попытайтесь перебрать все варианты этих данных — так, чтобы проверить все ветви программы.

Если обычные проверки закончились успешно — можно считать, что ваша программа корректно работает, не имеет синтаксических и логических ошибок.

После этого можно усложнить режим тестирования, чтобы как можно более полно сымитировать действия пользователя программы и посмотреть на ее поведение. Еще лучше — попытайтесь целенаправленно вызвать ошибку. Гораздо лучше, когда программа даст сбой на вашем рабочем столе, и вы сможете оперативно устранить этот сбой, чем ждать, когда то же самое произойдет у другого пользователя.

Для проверки программы в реальных условиях попробуйте провести следующие эксперименты.

Если программа запрашивает число — введите какое-нибудь слово, очень большое число, ноль, отрицательное число, оставьте поле ввода пустым, введите дробное число. Если вы не предусмотрели никаких специальных мер по обработке ошибок, при выполнении подобных операций вы почти гарантированно встретитесь с проблемами.
Попытайтесь запустить программу, открыв несколько окон с документами.
Попытайтесь прервать работу программы, а потом снова возобновить ее. Если в вашей программе есть участки, в течение выполнения которых нельзя допускать прерывания работы программы пользователем — вам следует подумать о том, чтобы запретить прерывание работы программы на этих участках.
Попытайтесь использовать вашу программу в более старой версии Microsoft Office, в нерусифицированной версии. Обратите внимание, например, на различия расширений имен файлов в Office 2007 и более старых версиях, на различия в объектных моделях. В общем случае программы из более старых версий Office будут работать в Office 2007, однако если они используют какие-то специфические особенности Office — такие программы нуждаются в проверке и обновлении. В то же время, макросы для Office 2007, использующие новые объектные модели, могут не работать или работать неправильно в старых версиях.
Попытайтесь поработать с вашей программой на чужом ПК. Вполне возможно, что при таком эксперименте вы столкнетесь с ошибкой. Например, вы программно работаете с файлами на вашем рабочем ПК — если эти файлы отсутствуют на ПК другого пользователя или находятся в других директориях, или тех директорий, которые нужны вашей программе, нет на ПК другого пользователя — вы столкнетесь с ошибкой.
Во время работы программы сделайте что-нибудь необычное. Как правило, от пользователей можно ожидать любых странных на первый взгляд действий. Если вы тестируете программу для MS Word, которая правит текст или занимается автоматическим созданием текста, попробуйте во время ее работы переключаться между документами, читать документ, вносить в него правки, выделять произвольные участки текста. То же самое касается MS Excel — во время работы программы попробуйте переключаться между открытыми книгами, между листами, выделять ячейки, попробуйте запустить программу, делая различные листы активными, открыв несколько книг. Результаты такого тестирования могут быть совершенно непредсказуемыми. Проанализировав их, вы можете прити к выводу, что, например, на время выполнения программы нужно скрывать или блокировать документ, пользоваться альтернативными методами работы с документом. Яркий пример — объект Selection в MS Word, который чувствителен к смене выделения в процессе работы, и объект Range, который может работать совсем без создания выделения в тексте.
Если ваша программа использует файлы, находящиеся в локальной сети, отключите сеть во время работы программы. Проверьте ее реакцию. То же самое можно сделать, если ваша программа работает с принтером — проверьте ее реакцию на выключенный принтер, на принтер, в котором нет бумаги.
Наконец, представьте, что вы — пользователь программы и просто поработайте с ней. А еще лучше — попросите потенциального пользователя немного «пообщаться» с вашей программой. Этот способ позволяет протестировать программу в условиях, максимально приближенных к реальным.

Возможно, вам покажется, что такая проверка не нужна вашей программе. Если вы пишете небольшой макрос для собственного использования, скорее всего, так оно и есть. Но стоит вашему проекту хоть немного вырасти, методы поиска и устранения ошибок могут оказаться очень кстати.

Если вы встретитесь с ошибками и затрудняетесь определить, где именно они происходят — попробуйте выполнить программу в пошаговом режиме, используйте встроенные в редактор VBA средства для отладки программ.

8.4. Отладка программ в редакторе VBA

Основной метод отладки — это пошаговое исполнение программы с использованием точек останова (breakpoint).

Чтобы создать в программе точку останова, достаточно щелкнуть мышью в редакторе на серой панели напротив команды, на которой нужно остановить выполнение программы. Там появится большая красная точка (рис. 8.1.) — здесь программа будет остановлена в процессе выполнения. Строка будет подсвечена красным цветом.

Рис.
8.1.
Точка останова в программе

Следует понимать, что строка, подсвеченная при остановке программы еще не выполнялась — редактор указывает на нее, как бы говоря «Эта строка будет выполнена следующей».

Таких точек останова можно установить столько, сколько нужно — на тех строках программы, где вы подозреваете возникновение ошибки. Чтобы убрать точку останова, щелкните по ней мышью.

Установить точку останова в строку можно, выделив строку и выбрав команду Debug o Toggle Breakpoint (Отладка o Установить точку останова). Для удаления всех точек останова из программы можно воспользоваться командой Debug o Clear All Breakpoints (Отладка o Очистить точки останова).

Вместо точек останова, расставленных мышью или из меню, можно использовать оператор Stop. Он останавливает работу программы и переводит ее в режим отладки.

Так же режим отладки можно включить, нажав во время работы программы комбинацию клавиш Ctr + Pause Break и нажав в появившемся окне кнопку Debug. Текущая строка будет выделена желтым цветом, напротив нее будет установлена желтая стрелочка. Однако такой способ обычно не позволяет точно «попасть» в то место программы, где находится предполагаемая ошибка (рис. 8.2.).

Рис.
8.2.
Программа, остановленная во время выполнения

Чтобы запущенная программа останавливалась на каждой строке, можно запустить ее в режиме Step Into командой Debug o Step Into (Отладка o Пошаговое исполнение). Того же эффекта можно достичь, нажав клавишу F8 на клавиатуре.

Когда программа остановлена, вы можете выполнить следующие действия

Просмотреть значения переменных, наведя на них указатель мыши. Например, на рис. 8.3. вы видите всплывающее окно, которое содержит значение переменной.

Рис.
8.3.
Значение переменной во всплывающем окне
Продолжить выполнение программы в режиме Step Into — выбрав соответствующую команду меню или нажав клавишу F8.
Отредактировать программу.
Продолжить исполнение программы в обычном режиме командой Run o Sub/User Form (Запустить o Процедуру/Форму), нажатием клавиши F5 или соответствующей кнопкой на панели инструментов
Остановить выполнение программы командой Run o Reset (Запустить o Перезагрузка) или кнопкой на панели инструментов
Воспользоваться другими средствами отладки — окнами Immediate, Locals, Watch.

Помимо режима Step Into существуют следующие режимы отладки, доступные в меню Debug.

Step Over (Перейти на следующую строку). Эта команда полезна при отладке программы, содержащей вызовы уже отлаженных процедур. В режиме Step Over отладчик не входит в процедуру, выполняя ее без отладки, после чего переходит на следующую строку. Например, вы выполняете программу в режиме Step Into и при очередной остановке видите, что подсвеченная строка содержит вызов процедуры, которую отлаживать не нужно. Вы выбираете команду Step Over, процедура выполняется без остановок на каждой ее строке, после чего следующая остановка происходит на строке вашей программы, которая идет за вызовом процедуры.
Step Out (Выполнить процедуру) — эта команда позволяет выполнить текущую процедуру (например, вызванную из кода основной программы при обычной отладке ) без остановки в каждой строке. Следующая остановка будет сделана на строке, которая следует за вызовом процедуры в основном тексте программы.
Run To Cursor (Выполнить до курсора) — выполняет программу до позиции, на которой установлен курсор. Аналогично установке одиночной точки останова.

Помимо точек останова существуют и другие средства отладки. Они полезны при проверке значений переменных (ведь если переменных достаточно много — проверка их значений в коде программы может превратиться в утомительное и непродуктивное занятие), свойств объектов, которые могут вызвать ошибки и в других случаях.

Источник

Классификация ошибок

Отладка – это процесс локализации и исправления ошибок, обнаруженных при тестировании программного обеспечения. Локализацией называют процесс определения оператора программы, выполнение которого вызвало нарушение нормального вычислительного процесса. Доя исправления ошибки необходимо определить ее причину, т. е. определить оператор или фрагмент, содержащие ошибку. Причины ошибок могут быть как очевидны, так и очень глубоко скрыты.

В целом сложность отладки обусловлена следующими причинами:

требует от программиста глубоких знаний специфики управления используемыми техническими средствами, операционной системы, среды и языка программирования, реализуемых процессов, природы и специфики различных ошибок, методик отладки и соответствующих программных средств;
психологически дискомфортна, так как необходимо искать собственные ошибки и, как правило, в условиях ограниченного времени;
возможно взаимовлияние ошибок в разных частях программы, например, за счет затирания области памяти одного модуля другим из-за ошибок адресации;
отсутствуют четко сформулированные методики отладки.

В соответствии с этапом обработки, на котором проявляются ошибки, различают:

синтаксические ошибки — ошибки, фиксируемые компилятором (транслятором, интерпретатором) при выполнении синтаксического и частично семантического анализа программы;
логические ошибки — …;
ошибки компоновки — ошибки, обнаруженные компоновщиком (редактором связей) при объединении модулей программы;
ошибки выполнения — ошибки, обнаруженные операционной системой, аппаратными средствами или пользователем при выполнении программы.

Синтаксические ошибки. Синтаксические ошибки относят к группе самых простых, так как синтаксис языка, как правило, строго формализован, и ошибки сопровождаются развернутым комментарием с указанием ее местоположения. Определение причин таких ошибок, как правило, труда не составляет, и даже при нечетком знании правил языка за несколько прогонов удается удалить все ошибки данного типа.

Следует иметь в виду, что чем лучше формализованы правила синтаксиса языка, тем больше ошибок из общего количества может обнаружить компилятор и, соответственно, меньше ошибок будет обнаруживаться на следующих этапах. В связи с этим говорят о языках программирования с защищенным синтаксисом и с незащищенным синтаксисом. К первым, безусловно, можно отнести Pascal, имеющий очень простой и четко определенный синтаксис, хорошо проверяемый при компиляции программы, ко вторым — Си со всеми его модификациями. Чего стоит хотя бы возможность выполнения присваивания в условном операторе в Си, например:

if (c = n) x = 0; /* в данном случае не проверятся равенство с и n, а выполняется присваивание с значения n, после чего результат операции сравнивается с нулем, если программист хотел выполнить не присваивание, а сравнение, то эта ошибка будет обнаружена только на этапе выполнения при получении результатов, отличающихся от ожидаемых.

Ошибки компоновки. Ошибки компоновки, как следует из названия, связаны с проблемами, обнаруженными при разрешении внешних ссылок. Например, предусмотрено обращение к подпрограмме другого модуля, а при объединении модулей данная подпрограмма не найдена или не стыкуются списки параметров. В большинстве случаев ошибки такого рода также удается быстро локализовать и устранить.

Ошибки выполнения. К самой непредсказуемой группе относятся ошибки выполнения. Прежде всего они могут иметь разную природу, и соответственно по-разному проявляться. Часть ошибок обнаруживается и документируется операционной системой. Выделяют четыре способа проявления таких ошибок:

появление сообщения об ошибке, зафиксированной схемами контроля выполнения машинных команд, например, переполнении разрядной сетки, ситуации «деление на ноль», нарушении адресации и т. п.;
появление сообщения об ошибке, обнаруженной операционной системой, например, нарушении защиты памяти, попытке записи на устройства, защищенные от записи, отсутствии файла с заданным именем и т. п.;
«зависание» компьютера, как простое, когда удается завершить программу без перезагрузки операционной системы, так и «тяжелое», когда для продолжения работы необходима перезагрузка;
несовпадение полученных результатов с ожидаемыми.

Примечание. Отметим, что, если ошибки этапа выполнения обнаруживает пользователь, то в двух первых случаях, получив соответствующее сообщение, пользователь в зависимости от своего характера, степени необходимости и опыта работы за компьютером, либо попробует понять, что произошло, ища свою вину, либо обратится за помощью, либо постарается никогда больше не иметь дела с этим продуктом. При «зависании» компьютера пользователь может даже не сразу понять, что происходит что-то не то, хотя его печальный опыт и заставляет волноваться каждый раз, когда компьютер не выдает быстрой реакции на введенную команду, что также целесообразно иметь в виду. Также опасны могут быть ситуации, при которых пользователь получает неправильные результаты и использует их в своей работе.

Причины ошибок выполнения очень разнообразны, а потому и локализация может оказаться крайне сложной. Все возможные причины ошибок можно разделить на следующие группы:

неверное определение исходных данных,
логические ошибки,
накопление погрешностей результатов вычислений.

Методы отладки программного обеспечения

Отладка программы в любом случае предполагает обдумывание и логическое осмысление всей имеющейся информации об ошибке. Большинство ошибок можно обнаружить по косвенным признакам посредством тщательного анализа текстов программ и результатов тестирования без получения дополнительной информации. При этом используют различные методы:

ручного тестирования;
индукции;
дедукции;
обратного прослеживания.

Метод ручного тестирования

Это — самый простой и естественный способ данной группы. При обнаружении ошибки необходимо выполнить тестируемую программу вручную, используя тестовый набор, при работе с которыми была обнаружена ошибка. Метод очень эффективен, но не применим для больших программ, программ со сложными вычислениями и в тех случаях, когда ошибка связана с неверным представлением программиста о выполнении некоторых операций. Данный метод часто используют как составную часть других методов отладки.

Метод индукции

Метод основан на тщательном анализе симптомов ошибки, которые могут проявляться как неверные результаты вычислений или как сообщение об ошибке. Если компьютер просто «зависает», то фрагмент проявления ошибки вычисляют, исходя из последних полученных результатов и действий пользователя. Полученную таким образом информацию организуют и тщательно изучают, просматривая соответствующий фрагмент программы. В результате этих действий выдвигают гипотезы об ошибках, каждую из которых проверяют. Если гипотеза верна, то детализируют информацию об ошибке, иначе — выдвигают другую гипотезу. Последовательность выполнения отладки методом индукции показана на рисунке в виде схемы алгоритма.

Самый ответственный этап — выявление симптомов ошибки. Организуя данные об ошибке, целесообразно записать все, что известно о её проявлениях, причем фиксируют, как ситуации, в которых фрагмент с ошибкой выполняется нормально, так и ситуации, в которых ошибка проявляется. Если в результате изучения данных никаких гипотез не появляется, то необходима дополнительная информация об ошибке. Дополнительную информацию можно получить, например, в результате выполнения схожих тестов. В процессе доказательства пытаются выяснить, все ли проявления ошибки объясняет данная гипотеза, если не все, то либо гипотеза не верна, либо ошибок несколько.

Метод дедукции

По методу дедукции вначале формируют множество причин, которые могли бы вызвать данное проявление ошибки. Затем анализируя причины, исключают те, которые противоречат имеющимся данным. Если все причины исключены, то следует выполнить дополнительное тестирование исследуемого фрагмента. В противном случае наиболее вероятную гипотезу пытаются доказать. Если гипотеза объясняет полученные признаки ошибки, то ошибка найдена, иначе — проверяют следующую причину.

Метод обратного прослеживания

Для небольших программ эффективно применение метода обратного прослеживания. Начинают с точки вывода неправильного результата. Для этой точки строится гипотеза о значениях основных переменных, которые могли бы привести к получению имеющегося результата. Далее, исходя из этой гипотезы, делают предложения о значениях переменных в предыдущей точке. Процесс продолжают, пока не обнаружат причину ошибки.

Методы и средства получения дополнительной информации

Для получения дополнительной информации об ошибке можно выполнить добавочные тесты или использовать специальные методы и средства:

отладочный вывод;
интегрированные средства отладки;
независимые отладчики.

Отладочный вывод. Метод требует включения в программу дополнительного отладочного вывода в узловых точках. Узловыми считают точки алгоритма, в которых основные переменные программы меняют свои значения. Например, отладочный вывод следует предусмотреть до и после завершения цикла изменения некоторого массива значений. (Если отладочный вывод предусмотреть в цикле, то будет выведено слишком много значений, в которых, как правило, сложно разбираться.) При этом предполагается, что, выполнив анализ выведенных значений, программист уточнит момент, когда были получены неправильные значения, и сможет сделать вывод о причине ошибки.

Данный метод не очень эффективен и в настоящее время практически не используется, так как в сложных случаях в процессе отладки может потребоваться вывод большого количества — «трассы» значений многих переменных, которые выводятся при каждом изменении. Кроме того, внесение в программы дополнительных операторов может привести к изменению проявления ошибки, что нежелательно, хотя и позволяет сделать определенный вывод о ее природе.

Примечание. Ошибки, исчезающие при включении в программу или удалению из нее каких-либо «безобидных» операторов, как правило, связаны с «затиранием» памяти. В результате добавления или удаления операторов область затирания может сместиться в другое место и ошибка либо перестанет проявляться, либо будет проявляться по-другому.

Интегрированные средства отладки. Большинство современных сред программирования (Delphi, Builder C++, Visual Studio и т. д.) включают средства отладки, которые обеспечивают максимально эффективную отладку. Они позволяют:

выполнять программу по шагам, причем как с заходом в подпрограммы, так и выполняя их целиком;
предусматривать точки останова;
выполнять программу до оператора, указанного курсором;
отображать содержимое любых переменных при пошаговом выполнении;
отслеживать поток сообщений и т. п.

Отладка с использованием независимых отладчиков.

При отладке программ иногда используют специальные программы — отладчики, которые позволяют выполнить любой фрагмент программы в пошаговом режиме и проверить содержимое интересующих программиста переменных. Как правило такие отладчики позволяют отлаживать программу только в машинных командах, представленных в 16-ричном коде.

Общая методика отладки программного обеспечения

Суммируя все сказанное выше, можно предложить следующую методику отладки программного обеспечения:

1 этап — изучение проявления ошибки — если выдано какое-либо сообщение или выданы неправильные или неполные результаты, то необходимо их изучить и попытаться понять, какая ошибка могла так проявиться. При этом используют индуктивные и дедуктивные методы отладки. В результате выдвигают версии о характере ошибки, которые необходимо проверить. Для этого можно применить методы и средства получения дополнительной информации об ошибке. Если ошибка не найдена или система просто «зависла», переходят ко второму этапу.

2 этап — локализация ошибки — определение конкретного фрагмента, при выполнении которого произошло отклонение от предполагаемого вычислительного процесса. Локализация может выполняться:

путем отсечения частей программы, причем, если при отсечении некоторой части программы ошибка пропадает, то это может означать как то, что ошибка связана с этой частью, так и то, что внесенное изменение изменило проявление ошибки;
с использованием отладочных средств, позволяющих выполнить интересующих нас фрагмент программы в пошаговом режиме и получить дополнительную информацию о месте проявления и характере ошибки, например, уточнить содержимое указанных переменных.

При этом если были получены неправильные результаты, то в пошаговом режиме проверяют ключевые точки процесса формирования данного результата. Как подчеркивалось выше, ошибка не обязательно допущена в том месте, где она проявилась. Если в конкретном случае это так, то переходят к следующему этапу.

3 этап — определение причины ошибки — изучение результатов второго этапа и формирование версий возможных причин ошибки. Эти версии необходимо проверить, возможно, используя отладочные средства для просмотра последовательности операторов или значений переменных.

4 этап — исправление ошибки — внесение соответствующих изменений во все операторы, совместное выполнение которых привело к ошибке.

5 этап — повторное тестирование — повторение всех тестов с начала, так как при исправлении обнаруженных ошибок часто вносят в программу новые.

Следует иметь в виду, что процесс отладки можно существенно упростить, если следовать основным рекомендациям структурного подхода к программированию:

программу наращивать «сверху-вниз», от интерфейса к обрабатывающим подпрограммам, тестируя ее по ходу добавления подпрограмм;
выводить пользователю вводимые им данные для контроля и проверять их на допустимость сразу после ввода;
предусматривать вывод основных данных во всех узловых точках алгоритма (ветвлениях, вызовах подпрограмм).

Кроме того, следует более тщательно проверять фрагменты программного обеспечения, где уже были обнаружены ошибки, так как вероятность ошибок в этих местах по статистике выше. Это вызвано следующими причинами. Во-первых, ошибки чаще допускают в сложных местах или в тех случаях, если спецификации на реализуемые операции недостаточно проработаны. Во-вторых, ошибки могут быть результатом того, что программист устал, отвлекся или плохо себя чувствует. В-третьих, как уже упоминалось выше, ошибки часто появляются в результате исправления уже найденных ошибок.

Источник:

Источник

Отладка программы — один их самых сложных этапов разработки программного обеспечения, требующий глубокого знания:

•специфики управления используемыми техническими средствами,

•операционной системы,

•среды и языка программирования,

•реализуемых процессов,

•природы и специфики различных ошибок,

•методик отладки и соответствующих программных средств.

Отладка — это процесс локализации и исправления ошибок, обнаруженных при тестировании программного обеспечения. Локализацией называют процесс определения оператора программы, выполнение которого вызвало нарушение нормального вычислительного процесса. Доя исправления ошибки необходимо определить ее причину, т. е. определить оператор или фрагмент, содержащие ошибку. Причины ошибок могут быть как очевидны, так и очень глубоко скрыты.

Вцелом сложность отладки обусловлена следующими причинами:

•требует от программиста глубоких знаний специфики управления используемыми техническими средствами, операционной системы, среды и языка программирования, реализуемых процессов, природы и специфики различных ошибок, методик отладки и соответствующих программных средств;

•психологически дискомфортна, так как необходимо искать собственные ошибки и, как правило, в условиях ограниченного времени;

•возможно взаимовлияние ошибок в разных частях программы, например, за счет затирания области памяти одного модуля другим из-за ошибок адресации;

•отсутствуют четко сформулированные методики отладки.

Всоответствии с этапом обработки, на котором проявляются ошибки, различают (рис. 10.1):

синтаксические ошибки — ошибки, фиксируемые компилятором (транслятором, интерпретатором) при выполнении синтаксического и частично семантического анализа программы; ошибки компоновки — ошибки, обнаруженные компоновщиком (редактором связей) при объединении модулей программы;

ошибки выполнения — ошибки, обнаруженные операционной системой, аппаратными средствами или пользователем при выполнении программы.

Синтаксические ошибки. Синтаксические ошибки относят к группе самых простых, так как синтаксис языка, как правило, строго формализован, и ошибки сопровождаются развернутым комментарием с указанием ее местоположения. Определение причин таких ошибок, как правило, труда не составляет, и даже при нечетком знании правил языка за несколько прогонов удается удалить все ошибки данного типа.

Ошибки компоновки. Ошибки компоновки, как следует из названия, связаны с проблемами,

обнаруженными при разрешении внешних ссылок. Например, предусмотрено обращение к подпрограмме другого модуля, а при объединении модулей данная подпрограмма не найдена или не стыкуются списки параметров. В большинстве случаев ошибки такого рода также удается быстро локализовать и устранить.

Ошибки выполнения. К самой непредсказуемой группе относятся ошибки выполнения. Прежде всего они могут иметь разную природу, и соответственно по-разному проявляться. Часть ошибок обнаруживается и документируется операционной системой. Выделяют четыре способа проявления таких ошибок:

• появление сообщения об ошибке, зафиксированной схемами контроля выполнения машинных команд, например, переполнении разрядной сетки, ситуации «деление на ноль», нарушении адресации и т. п.;

•появление сообщения об ошибке, обнаруженной операционной системой, например, нарушении защиты памяти, попытке записи на устройства, защищенные от записи, отсутствии файла с заданным именем и т. п.;

•«зависание» компьютера, как простое, когда удается завершить программу без перезагрузки операционной системы, так и «тяжелое», когда для продолжения работы необходима перезагрузка;

•несовпадение полученных результатов с ожидаемыми.

•неверное определение исходных данных,

•логические ошибки,

•накопление погрешностей результатов вычислений (рис. 10.2).

Н е в е р н о е о п р е д е л е н и е и с х о д н ы х д а н н ы х происходит, если возникают любые ошибки при выполнении операций ввода-вывода: ошибки передачи, ошибки преобразования, ошибки перезаписи и ошибки данных. Причем использование специальных технических средств и программирование с защитой от ошибок (см.§ 2.7) позволяет обнаружить и предотвратить только часть этих ошибок, о чем безусловно не следует забывать.

Л о г и ч е с к и е о ш и б к и имеют разную природу. Так они могут следовать из ошибок, допущенных при проектировании, например, при выборе методов, разработке алгоритмов или определении структуры классов, а могут быть непосредственно внесены при кодировании модуля.

Кпоследней группе относят:

ошибки некорректного использования переменных, например, неудачный выбор типов данных, использование переменных до их инициализации, использование индексов, выходящих за границы определения массивов, нарушения соответствия типов данных при использовании явного или неявного переопределения типа данных, расположенных в памяти при использовании нетипизированных переменных, открытых массивов, объединений, динамической памяти, адресной арифметики и т. п.;

ошибки вычислений, например, некорректные вычисления над неарифметическими переменными, некорректное использование целочисленной арифметики, некорректное преобразование типов данных в процессе вычислений, ошибки, связанные с незнанием приоритетов выполнения операций для арифметических и логических выражений, и т. п.;

ошибки межмодульного интерфейса, например, игнорирование системных соглашений, нарушение типов и последовательности при передачи параметров, несоблюдение единства единиц измерения формальных и фактических параметров, нарушение области действия локальных и глобальных переменных;

другие ошибки кодирования, например, неправильная реализация логики программы при кодировании, игнорирование особенностей или ограничений конкретного языка программирования.

На к о п л е н и е п о г р е ш н о с т е й результатов числовых вычислений возникает, например, при некорректном отбрасывании дробных цифр чисел, некорректном использовании приближенных методов вычислений, игнорировании ограничения разрядной сетки представления вещественных чисел в ЭВМ и т. п.

Все указанные выше причины возникновения ошибок следует иметь в виду в процессе отладки. Кроме того, сложность отладки увеличивается также вследствие влияния следующих факторов:

опосредованного проявления ошибок;

возможности взаимовлияния ошибок;

возможности получения внешне одинаковых проявлений разных ошибок;

отсутствия повторяемости проявлений некоторых ошибок от запуска к запуску – так называемые стохастические ошибки;

возможности устранения внешних проявлений ошибок в исследуемой ситуации при внесении некоторых изменений в программу, например, при включении в программу диагностических фрагментов может аннулироваться или измениться внешнее проявление ошибок;

написания отдельных частей программы разными программистами.

Методы отладки программного обеспечения

ручного тестирования;

индукции;

дедукции;

обратного прослеживания.

Метод ручного тестирования. Это — самый простой и естественный способ данной группы. При обнаружении ошибки необходимо выполнить тестируемую программу вручную, используя тестовый набор, при работе с которым была обнаружена ошибка.

Метод очень эффективен, но не применим для больших программ, программ со сложными вычислениями и в тех случаях, когда ошибка связана с неверным представлением программиста о выполнении некоторых операций.

Данный метод часто используют как составную часть других методов отладки.

Метод индукции. Метод основан на тщательном анализе симптомов ошибки, которые могут проявляться как неверные результаты вычислений или как сообщение об ошибке. Если компьютер просто «зависает», то фрагмент проявления ошибки вычисляют, исходя из последних полученных результатов и действий пользователя. Полученную таким образом информацию организуют и тщательно изучают, просматривая соответствующий фрагмент программы. В результате этих действий выдвигают гипотезы об ошибках, каждую из которых проверяют. Если гипотеза верна, то детализируют информацию об ошибке, иначе — выдвигают другую гипотезу. Последовательность выполнения отладки методом индукции показана на рис. 10.3 в виде схемы алгоритма.

Самый ответственный этап — выявление симптомов ошибки. Организуя данные об ошибке, целесообразно записать все, что известно о ее проявлениях, причем фиксируют, как ситуации, в которых фрагмент с ошибкой выполняется нормально, так и ситуации, в которых ошибка проявляется. Если в результате изучения данных никаких гипотез не появляется, то необходима дополнительная информация об ошибке. Дополнительную информацию можно получить, например, в результате выполнения схожих тестов.

В процессе доказательства пытаются выяснить, все ли проявления ошибки объясняет данная гипотеза, если не все, то либо гипотеза не верна, либо ошибок несколько.

Метод дедукции. По методу дедукции вначале формируют множество причин, которые могли бы вызвать данное проявление ошибки. Затем анализируя причины, исключают те, которые противоречат имеющимся данным. Если все причины исключены, то следует выполнить дополнительное тестирование исследуемого фрагмента. В противном случае наиболее вероятную гипотезу пытаются доказать. Если гипотеза объясняет полученные признаки ошибки, то ошибка найдена, иначе — проверяют следующую причину (рис. 10.4).

Метод обратного прослеживания. Для небольших программ эффективно применение метода обратного прослеживания. Начинают с точки вывода неправильного результата. Для этой точки строится гипотеза о значениях основных переменных, которые могли бы привести к получению имеющегося результата. Далее, исходя из этой гипотезы, делают предложения о значениях переменных в предыдущей точке. Процесс продолжают, пока не обнаружат причину ошибки.

Источник