Исправить ошибки в коде программы

Искать ошибки в программах — непростая задача. Здесь нет никаких готовых методик или рецептов успеха. Можно даже сказать, что это — искусство. Тем не менее есть общие советы, которые помогут вам при поиске. В статье описаны основные шаги, которые стоит предпринять, если ваша программа работает некорректно.

Шаг 1: Занесите ошибку в трекер

После выполнения всех описанных ниже шагов может так случиться, что вы будете рвать на себе волосы от безысходности, все еще сидя на работе, когда поймете, что:

1. Вы забыли какую-то важную деталь об ошибке, например, в чем она заключалась.
2. Вы могли делегировать ее кому-то более опытному.

Трекер поможет вам не потерять нить размышлений и о текущей проблеме, и о той, которую вы временно отложили. А если вы работаете в команде, это поможет делегировать исправление коллеге и держать все обсуждение в одном месте.

Вы должны записать в трекер следующую информацию:

1. Что делал пользователь.
2. Что он ожидал увидеть.
3. Что случилось на самом деле.

Это должно подсказать, как воспроизвести ошибку. Если вы не сможете воспроизвести ее в любое время, ваши шансы исправить ошибку стремятся к нулю.

Шаг 2: Поищите сообщение об ошибке в сети

Если у вас есть сообщение об ошибке, то вам повезло. Или оно будет достаточно информативным, чтобы вы поняли, где и в чем заключается ошибка, или у вас будет готовый запрос для поиска в сети. Не повезло? Тогда переходите к следующему шагу.

Шаг 3: Найдите строку, в которой проявляется ошибка

Если ошибка вызывает падение программы, попробуйте запустить её в IDE под отладчиком и посмотрите, на какой строчке кода она остановится. Совершенно необязательно, что ошибка будет именно в этой строке (см. следующий шаг), но, по крайней мере, это может дать вам информацию о природе бага.

Шаг 4: Найдите точную строку, в которой появилась ошибка

Как только вы найдете строку, в которой проявляется ошибка, вы можете пройти назад по коду, чтобы найти, где она содержится. Иногда это может быть одна и та же строка. Но чаще всего вы обнаружите, что строка, на которой упала программа, ни при чем, а причина ошибки — в неправильных данных, которые появились ранее.

Если вы отслеживаете выполнение программы в отладчике, то вы можете пройтись назад по стектрейсу, чтобы найти ошибку. Если вы находитесь внутри функции, вызванной внутри другой функции, вызванной внутри другой функции, то стектрейс покажет список функций до самой точки входа в программу (функции main()). Если ошибка случилась где-то в подключаемой библиотеке, предположите, что ошибка все-таки в вашей программе — это случается гораздо чаще. Найдите по стектрейсу, откуда в вашем коде вызывается библиотечная функция, и продолжайте искать.

Шаг 5: Выясните природу ошибки

Ошибки могут проявлять себя по-разному, но большинство из них можно отнести к той или иной категории. Вот наиболее частые.

1. Ошибка на единицу
   Вы начали цикл for с единицы вместо нуля или наоборот. Или, например, подумали, что метод .count() или .length() вернул индекс последнего элемента. Проверьте документацию к языку, чтобы убедиться, что нумерация массивов начинается с нуля или с единицы. Эта ошибка иногда проявляется в виде исключения Index out of range.
2. Состояние гонки
   Ваш процесс или поток пытается использовать результат выполнения дочернего до того, как тот завершил свою работу. Ищите использование sleep() в коде. Возможно, на мощной машине дочерний поток выполняется за миллисекунду, а на менее производительной системе происходят задержки. Используйте правильные способы синхронизации многопоточного кода: мьютексы, семафоры, события и т. д.
3. Неправильные настройки или константы
   Проверьте ваши конфигурационные файлы и константы. Я однажды потратил ужасные 16 часов, пытаясь понять, почему корзина на сайте с покупками виснет на стадии отправки заказа. Причина оказалась в неправильном значении в /etc/hosts, которое не позволяло приложению найти ip-адрес почтового сервера, что вызывало бесконечный цикл в попытке отправить счет заказчику.
4. Неожиданный null
   Бьюсь об заклад, вы не раз получали ошибку с неинициализированной переменной. Убедитесь, что вы проверяете ссылки на null, особенно при обращении к свойствам по цепочке. Также проверьте случаи, когда возвращаемое из базы данных значение NULL представлено особым типом.
5. Некорректные входные данные
   Вы проверяете вводимые данные? Вы точно не пытаетесь провести арифметические операции с введенными пользователем строками?
6. Присваивание вместо сравнения
   Убедитесь, что вы не написали = вместо ==, особенно в C-подобных языках.
7. Ошибка округления
   Это случается, когда вы используете целое вместо Decimal, или float для денежных сумм, или слишком короткое целое (например, пытаетесь записать число большее, чем 2147483647, в 32-битное целое). Кроме того, может случиться так, что ошибка округления проявляется не сразу, а накапливается со временем (т. н. Эффект бабочки).
8. Переполнение буфера и выход за пределы массива
   Проблема номер один в компьютерной безопасности. Вы выделяете память меньшего объема, чем записываемые туда данные. Или пытаетесь обратиться к элементу за пределами массива.
9. Программисты не умеют считать
   Вы используете некорректную формулу. Проверьте, что вы не используете целочисленное деление вместо взятия остатка, или знаете, как перевести рациональную дробь в десятичную и т. д.
10. Конкатенация строки и числа
    Вы ожидаете конкатенации двух строк, но одно из значений — число, и компилятор пытается произвести арифметические вычисления. Попробуйте явно приводить каждое значение к строке.
11. 33 символа в varchar(32)
    Проверяйте данные, передаваемые в INSERT, на совпадение типов. Некоторые БД выбрасывают исключения (как и должны делать), некоторые просто обрезают строку (как MySQL). Недавно я столкнулся с такой ошибкой: программист забыл убрать кавычки из строки перед вставкой в базу данных, и длина строки превысила допустимую как раз на два символа. На поиск бага ушло много времени, потому что заметить две маленькие кавычки было сложно.
12. Некорректное состояние
    Вы пытаетесь выполнить запрос при закрытом соединении или пытаетесь вставить запись в таблицу прежде, чем обновили таблицы, от которых она зависит.
13. Особенности вашей системы, которых нет у пользователя
    Например: в тестовой БД между ID заказа и адресом отношение 1:1, и вы программировали, исходя из этого предположения. Но в работе выясняется, что заказы могут отправляться на один и тот же адрес, и, таким образом, у вас отношение 1:многим.

Если ваша ошибка не похожа на описанные выше, или вы не можете найти строку, в которой она появилась, переходите к следующему шагу.

Шаг 6: Метод исключения

Если вы не можете найти строку с ошибкой, попробуйте или отключать (комментировать) блоки кода до тех пор, пока ошибка не пропадет, или, используя фреймворк для юнит-тестов, изолируйте отдельные методы и вызывайте их с теми же параметрами, что и в реальном коде.

Попробуйте отключать компоненты системы один за другим, пока не найдете минимальную конфигурацию, которая будет работать. Затем подключайте их обратно по одному, пока ошибка не вернется. Таким образом вы вернетесь на шаг 3.

Шаг 7: Логгируйте все подряд и анализируйте журнал

Пройдитесь по каждому модулю или компоненту и добавьте больше сообщений. Начинайте постепенно, по одному модулю. Анализируйте лог до тех пор, пока не проявится неисправность. Если этого не случилось, добавьте еще сообщений.

Ваша задача состоит в том, чтобы вернуться к шагу 3, обнаружив, где проявляется ошибка. Также это именно тот случай, когда стоит использовать сторонние библиотеки для более тщательного логгирования.

Шаг 8: Исключите влияние железа или платформы

Замените оперативную память, жесткие диски, поменяйте сервер или рабочую станцию. Установите обновления, удалите обновления. Если ошибка пропадет, то причиной было железо, ОС или среда. Вы можете по желанию попробовать этот шаг раньше, так как неполадки в железе часто маскируют ошибки в ПО.

Если ваша программа работает по сети, проверьте свитч, замените кабель или запустите программу в другой сети.

Ради интереса, переключите кабель питания в другую розетку или к другому ИБП. Безумно? Почему бы не попробовать?

Если у вас возникает одна и та же ошибка вне зависимости от среды, то она в вашем коде.

Шаг 9: Обратите внимание на совпадения

1. Ошибка появляется всегда в одно и то же время? Проверьте задачи, выполняющиеся по расписанию.
2. Ошибка всегда проявляется вместе с чем-то еще, насколько абсурдной ни была бы эта связь? Обращайте внимание на каждую деталь. На каждую. Например, проявляется ли ошибка, когда включен кондиционер? Возможно, из-за этого падает напряжение в сети, что вызывает странные эффекты в железе.
3. Есть ли что-то общее у пользователей программы, даже не связанное с ПО? Например, географическое положение (так был найден легендарный баг с письмом за 500 миль).
4. Ошибка проявляется, когда другой процесс забирает достаточно большое количество памяти или ресурсов процессора? (Я однажды нашел в этом причину раздражающей проблемы «no trusted connection» с SQL-сервером).

Шаг 10: Обратитесь в техподдержку

Наконец, пора попросить помощи у того, кто знает больше, чем вы. Для этого у вас должно быть хотя бы примерное понимание того, где находится ошибка — в железе, базе данных, компиляторе. Прежде чем писать письмо разработчикам, попробуйте задать вопрос на профильном форуме.

Ошибки есть в операционных системах, компиляторах, фреймворках и библиотеках, и ваша программа может быть действительно корректна. Но шансы привлечь внимание разработчика к этим ошибкам невелики, если вы не сможете предоставить подробный алгоритм их воспроизведения. Дружелюбный разработчик может помочь вам в этом, но чаще всего, если проблему сложно воспроизвести вас просто проигнорируют. К сожалению, это значит, что нужно приложить больше усилий при составлении багрепорта.

Полезные советы (когда ничего не помогает)

1. Позовите кого-нибудь еще.
   Попросите коллегу поискать ошибку вместе с вами. Возможно, он заметит что-то, что вы упустили. Это можно сделать на любом этапе.
2. Внимательно просмотрите код.
   Я часто нахожу ошибку, просто спокойно просматривая код с начала и прокручивая его в голове.
3. Рассмотрите случаи, когда код работает, и сравните их с неработающими.
   Недавно я обнаружил ошибку, заключавшуюся в том, что когда вводимые данные в XML-формате содержали строку xsi:type='xs:string', все ломалось, но если этой строки не было, все работало корректно. Оказалось, что дополнительный атрибут ломал механизм десериализации.
4. Идите спать.
   Не бойтесь идти домой до того, как исправите ошибку. Ваши способности обратно пропорциональны вашей усталости. Вы просто потратите время и измотаете себя.
5. Сделайте творческий перерыв.
   Творческий перерыв — это когда вы отвлекаетесь от задачи и переключаете внимание на другие вещи. Вы, возможно, замечали, что лучшие идеи приходят в голову в душе или по пути домой. Смена контекста иногда помогает. Сходите пообедать, посмотрите фильм, полистайте интернет или займитесь другой проблемой.
6. Закройте глаза на некоторые симптомы и сообщения и попробуйте сначала.
   Некоторые баги могут влиять друг на друга. Драйвер для dial-up соединения в Windows 95 мог сообщать, что канал занят, при том что вы могли отчетливо слышать звук соединяющегося модема. Если вам приходится держать в голове слишком много симптомов, попробуйте сконцентрироваться только на одном. Исправьте или найдите его причину и переходите к следующему.
7. Поиграйте в доктора Хауса (только без Викодина).
   Соберите всех коллег, ходите по кабинету с тростью, пишите симптомы на доске и бросайте язвительные комментарии. Раз это работает в сериалах, почему бы не попробовать?

Что вам точно не поможет

1. Паника
   Не надо сразу палить из пушки по воробьям. Некоторые менеджеры начинают паниковать и сразу откатываться, перезагружать сервера и т. п. в надежде, что что-нибудь из этого исправит проблему. Это никогда не работает. Кроме того, это создает еще больше хаоса и увеличивает время, необходимое для поиска ошибки. Делайте только один шаг за раз. Изучите результат. Обдумайте его, а затем переходите к следующей гипотезе.
2. «Хелп, плиииз!»
   Когда вы обращаетесь на форум за советом, вы как минимум должны уже выполнить шаг 3. Никто не захочет или не сможет вам помочь, если вы не предоставите подробное описание проблемы, включая информацию об ОС, железе и участок проблемного кода. Создавайте тему только тогда, когда можете все подробно описать, и придумайте информативное название для нее.
3. Переход на личности
   Если вы думаете, что в ошибке виноват кто-то другой, постарайтесь по крайней мере говорить с ним вежливо. Оскорбления, крики и паника не помогут человеку решить проблему. Даже если у вас в команде не в почете демократия, крики и применение грубой силы не заставят исправления магическим образом появиться.

Ошибка, которую я недавно исправил

Это была загадочная проблема с дублирующимися именами генерируемых файлов. Дальнейшая проверка показала, что у файлов различное содержание. Это было странно, поскольку имена файлов включали дату и время создания в формате yyMMddhhmmss. Шаг 9, совпадения: первый файл был создан в полпятого утра, дубликат генерировался в полпятого вечера того же дня. Совпадение? Нет, поскольку hh в строке формата — это 12-часовой формат времени. Вот оно что! Поменял формат на yyMMddHHmmss, и ошибка исчезла.

_{Перевод статьи «How to fix bugs, step by step»}

Перевод публикуется с сокращениями, автор оригинальной статьи David
Amos.

Выявление ошибок называется
дебаггингом, а дебаггер – помогающий понять причину их появления инструмент. Умение находить
и исправлять ошибки в коде – важный навык в работе программиста, не
пренебрегайте им.

IDLE (Integrated Development and Learning Environment) – кроссплатформенная интегрированная среда разработки и обучения для Python, созданная Гвидо ван Россумом.

Используйте окно управления отладкой

Основным интерфейсом отладки в IDLE является специальное окно управления (Debug Control window). Открыть его
можно, выбрав в меню интерактивного окна пункт Debug→Debugger.

Примечание: если отладка отсутствует в строке меню, убедитесь, что интерактивное окно находится
в фокусе.

Всякий раз, когда окно отладки
открыто, интерактивное окно отображает [DEBUG ON].

Обзор окна управления отладкой

Чтобы увидеть работу отладчика, напишем простую
программу без ошибок. Введите в редактор следующий код:

        for i in range(1, 4):
    j = i * 2
    print(f"i is {i} and j is {j}")
    

Сохраните все, откройте окно отладки и нажмите клавишу F5 –
выполнение не завершилось.

Окно отладки будет выглядеть следующим образом:

Обратите внимание, что панель в верхней части окна содержит сообщение:

        > '__main__'.<module>(), line 1: for i in range(1, 4):
    

Расшифруем: код for i in range(1, 4): еще не запущен, а '__main__'.module() сообщает, что в данный момент мы находимся в
основном разделе программы, а не в определении функции.

Ниже панели стека находится панель Locals, в которой
перечислены непонятные вещи: __annotations__, __builtins__, __doc__ и т. д. – это
внутренние системные переменные, которые пока можно игнорировать. По мере
выполнения программы переменные, объявленные в коде и отображаемые в этом окне,
помогут в отслеживании их значений.

В левом верхнем углу окна расположены пять кнопок:
Go, Step, Over, Out и Quit – они управляют перемещением отладчика по коду.

В следующих разделах вы узнаете, что делает каждая из
этих кнопок.

Кнопка Step

Нажмите Step и окно отладки будет выглядеть
следующим образом:

Обратите внимание на два отличия. Во-первых, сообщение на
панели стека изменилось:

        > '__main__'.<module>(), line 2: j = i * 2:
    

На этом этапе выполняется line 1 и отладчик останавливается перед
выполнением line 2.

Во-вторых – новая переменная i со значением 1 на панели Locals. Цикл for в line 1
создал переменную и присвоил ей это значение.

Продолжайте нажимать кнопку Step, чтобы пройтись по коду
строка за строкой, и наблюдайте, что происходит в окне отладчика. Когда
доберетесь до строки print(f"i is {i} and j is {j}"), сможете увидеть
вывод, отображаемый в интерактивном окне по одному фрагменту за раз.

Здесь важно, что можно отслеживать растущие значения i и j по
мере прохождения цикла for. Это полезная фича поиска источника ошибок в коде.
Знание значения каждой переменной в каждой строке кода может помочь точно
определить проблемную зону.

Точки останова и кнопка Go

Часто вам известно, что ошибка должна всплыть в определенном куске
кода, но неизвестно, где именно. Чтобы не нажимать кнопку Step весь
день, установите точку останова, которая скажет отладчику запускать весь код,
пока он ее не достигнет.

Точки останова сообщают отладчику, когда следует
приостановить выполнение кода, чтобы вы могли взглянуть на текущее состояние
программы.

Чтобы установить точку останова, щелкните правой кнопкой мыши
(Ctrl для Mac) по строке кода, на которой хотите сделать паузу, и выберите
пункт Set Breakpoint – IDLE выделит линию желтым. Чтобы удалить ее, выберите Clear
Breakpoint.

Установите точку останова в строке с оператором print(). Окно
редактора должно выглядеть так:

Сохраните и запустите. Как и раньше, панель стека указывает, что отладчик запущен и ожидает выполнения line 1. Нажмите
кнопку Go и посмотрите, что произойдет:

Теперь на панели стека информация о выполнении line 3:

        > '__main__'.<module>(), line 3: print(f"i is {i} and j is {j}")
    

На панели Locals мы видим, что переменные i и j имеют значения 1
и 2 соответственно. Нажмем кнопку Go и попросим отладчик запускать код до точки
останова или до конца программы. Снова нажмите Go – окно отладки теперь выглядит так:

На панели стека отображается то же сообщение, что и раньше –
отладчик ожидает выполнения line 3. Однако значения переменных i и j теперь
равны 2 и 4. Интерактивное окно также отображает выходные данные после первого
запуска строки с помощью функции print() через цикл.

Нажмите кнопку в третий раз. Теперь i и j равны 3 и 6. Если
нажать Go еще раз, программа завершит работу.

Over и Out

Кнопка Over работает, как сочетание Step и Go – она
перешагивает через функцию или цикл. Другими словами, если вы собираетесь попасть
в функцию с помощью отладчика, можно и не запускать код этой функции – кнопка
Over приведет непосредственно к результату ее выполнения.

Аналогично если вы уже находитесь внутри функции или цикла –
кнопка Out выполняет оставшийся код внутри тела функции или цикла, а затем
останавливается.

В следующем разделе мы изучим некоторые ошибки и узнаем, как
их исправить с помощью IDLE.

Борьба с багами

Взглянем на «глючную» программу.

Следующий код определяет функцию add_underscores(), принимающую
в качестве аргумента строковый объект и возвращающую новую строку – копию слова с каждым символом, окруженным подчеркиванием. Например,
add_underscores("python") вернет «_p_y_t_h_o_n_».

Вот неработающий код:

        def add_underscores(word):
    new_word = "_"
    for i in range(len(word)):
        new_word = word[i] + "_"
    return new_word

phrase = "hello"
print(add_underscores(phrase))
    

Введите этот код в редактор, сохраните и нажмите F5.
Ожидаемый результат – _h_e_l_l_o_, но вместо этого выведется o_.

Если вы нашли, в чем проблема, не исправляйте ее. Наша цель – научиться
использовать для этого IDLE.

Рассмотрим 4 этапа поиска бага:

• предположите, где может быть ошибка;
• установите точку останова и проверьте код по строке за раз;
• определите строку и внесите изменения;
• повторяйте шаги 1-3, пока код не заработает.

Шаг 1: Предположение

Сначала вы не сможете точно определить местонахождение ошибки,
но обычно проще логически представить, в какой раздел кода смотреть.

Обратите внимание, что программа разделена на два раздела:
определение функции add_underscores() и основной блок, определяющий переменную
со значением «hello» и выводящий результат.

Посмотрим на основной раздел:

        phrase = "hello"
print(add_underscores(phrase))
    

Очевидно, что здесь все хорошо и проблема должна быть в
определении функции:

        def add_underscores(word):
    new_word = "_"
    for i in range(len(word)):
        new_word = word[i] + "_"
    return new_word
    

Первая строка создает переменную new_word со значением «_». Промах,
проблема находится где-то в теле цикла for.

Шаг 2: точка останова

Определив, где может быть ошибка, установите точку
останова в начале цикла for, чтобы проследить за происходящим внутри кода:

Запустим. Выполнение останавливается на строке с определением
функции.

Нажмите кнопку Go, чтобы выполнить код до точки останова:

Код останавливается перед циклом for в функции
add_underscores(). Обратите внимание, что на панели Locals отображаются две
локальные переменные – word со значением «hello», и new_word со значением «_»,

Нажмите кнопку Step, чтобы войти в цикл for. Окно отладки
изменится, и новая переменная i со значением 0 отобразится на панели Locals:

Переменная i – это счетчик для цикла for, который можно
использовать, чтобы отслеживать активную на данный момент итерацию.

Нажмите кнопку Step еще раз и посмотрите на панель Locals –
переменная new_word приняла значение «h_»:

Это неправильно т. к. сначала в new_word было значение «_», на
второй итерации цикла for в ней должно быть «_h_». Если нажать Step еще
несколько раз, то увидим, что в new_word попадает значение e_, затем l_ и так
далее.

Шаг 3: Определение ошибки и исправление

Как мы уже выяснили – на каждой итерации цикла new_word
перезаписывается следующим символом в строке «hello» и подчеркиванием.
Поскольку внутри цикла есть только одна строка кода, проблема должна быть именно
там:

        new_word = word[i] + "_"
    

Код указывает Python получить следующий символ word,
прикрепить подчеркивание и назначить новую строку переменной new_word. Это
именно то неверное поведение, которое мы наблюдали.

Чтобы все починить, нужно объединить word[i] + "_"
с существующим значением new_word. Нажмите кнопку Quit в окне отладки, но не
закрывайте его. Откройте окно редактора и измените строку внутри цикла for на
следующую:

        new_word = new_word + word[i] + "_"
    

Примечание: Если бы вы закрыли
отладчик, не нажав кнопку Quit, при повторном открытии окна отладки могла
появиться ошибка:

You can only toggle the debugger when
idle

Всегда нажимайте кнопку Go или Quit, когда заканчиваете отладку,
иначе могут возникнуть проблемы с ее повторным запуском.

Шаг 4: повторение шагов 1-3, пока ошибка не исчезнет

Сохраните изменения в программе и запустите ее снова. В окне
отладки нажмите кнопку Go, чтобы выполнить код до точки останова. Понажимайте
Step несколько раз и смотрите, что происходит с переменной new_word на каждой
итерации – все работает, как положено. Иногда необходимо повторять этот процесс
несколько раз, прежде чем исправится ошибка.

Альтернативные способы поиска ошибок

Использование отладчика может быть сложным и трудоемким, но
это самый надежный способ найти ошибки в коде. Однако отладчики не всегда есть в наличии. В подобных ситуациях можно использовать print debugging для поиска
ошибок в коде. PD задействует функцию print() для отображения в консоли текста, указывающего место выполнения программы и состояние
переменных.

Например, вместо отладки предыдущего примера можно добавить
следующую строку в конец цикла for:

        print(f"i = {i}; new_word = {new_word}")
    

Измененный код будет выглядеть следующим образом:

        def add_underscores(word):
    new_word = "_"
    for i in range(len(word)):
        new_word = word[i] + "_"
        print(f"i = {i}; new_word = {new_word}")
    return new_word

phrase = "hello"
print(add_underscores(phrase))
    

Вывод должен выглядеть так:

        i = 0; new_word = h_
i = 1; new_word = e_
i = 2; new_word = l_
i = 3; new_word = l_
i = 4; new_word = o_
o_
    

PD работает, но имеет
несколько недостатков по сравнению с отладкой дебаггером. Вы должны запускать
всю программу каждый раз, когда хотите проверить значения переменных, а также помнить про удаление вызовов функций print().

Один из способов улучшить наш цикл – перебирать символы в
word:

        def add_underscores(word):
    new_word = "_"
    for letter in word:
        new_word = new_word + letter + "_"
    return new_word
    

Заключение

Теперь вы знаете все об отладке с помощью DLE.
Вы можете использовать этот принцип с
различными дебагерами.

В статье мы разобрали следующие темы:

• использование окна управления отладкой;
• установку точки останова для глубокого понимания работы кода;
• применение кнопок Step, Go, Over и Out;
• четырехэтапный процессом выявления и удаления ошибок.

Не останавливайтесь в обучении и практикуйте дебаггинг – это
весело!

Дополнительные материалы:

• ТОП-10 книг по Python: эффективно, емко, доходчиво
• Парсинг сайтов на Python: подробный видеокурс и программный код
• Python + Visual Studio Code = успешная разработка
• 29 Python-проектов, оказавших огромное влияние на разработку
• 15 вопросов по Python: как джуниору пройти собеседование

Дебаг и поиск ошибок

Для опытных разработчиков информация статьи может быть очевидной и если вы себя таковым считаете, то лучше добавьте в комментариях полезных советов.

По опыту работы с начинающими разработчиками, я сталкиваюсь с тем, что поиск ошибок порой занимает слишком много времени. Не из-за того, что они глупее более опытных товарищей или не разбираются в процессах, а из-за отсутствия понимания с чего начать и на чём акцентировать внимание. В статье я собрал общие советы о том где обитают ошибки и как найти причину их возникновения. Примеры в статье даны на JavaScript и .NET, но они актуальны и для других платформ с поправкой на специфику.

Как обнаружить ошибку

Прочитай информацию об исключении

Если выполнение программы прерывается исключением, то это первое место откуда стоит начинать поиск. 

В каждом языке есть свои способы уведомления об исключениях. Например в JavaScript для обработки ошибок связанных с Web Api существует DOMException. Для пользовательских сценариев есть базовый тип Error. В обоих случаях в них содержится информация о наименовании и описании ошибки.

Для .NET существует класс Exception и каждое исключение в приложении унаследовано от данного класса, который представляет ошибки происходящие во время выполнения программы. В свойстве Message читаем текст ошибки. Это даёт общее понимание происходящего. В свойстве Source смотрим в каком объекте произошла ошибка. В InnerException смотрим, нет ли внутреннего исключения и если было, то разворачиваем его и смотрим информацию уже в нём. В свойстве StackTrace хранится строковое представление информации о стеке вызова в момент появления ошибки.

Каким бы языком вы не пользовались, не поленитесь изучить каким образом язык предоставляет информацию об исключениях и что эта информация означает.

Всю полученную информацию читаем вдумчиво и внимательно. Любая деталь важна при поиске ошибки. Иногда начинающие разработчики не придают значения этому описанию. Например в .NET при возникновении ошибки NRE с описанием параметра, который разработчик задаёт выше по коду. Из-за этого думает, что параметр не может быть NRE, а значит ошибка в другом месте. На деле оказывается, что ошибки транслируют ту картину, которую видит среда выполнения и первым делом за гипотезу стоит взять утверждение, что этот параметр равен null. Поэтому разберитесь при каких условиях параметр стал null, даже если он определялся выше по коду.

Пример неявного переопределения параметров — использование интерцептора, который изменяет этот параметр в запросе и о котором вы не знаете.

Разверните стек

Когда выбрасывается исключение, помимо самого описания ошибки полезно изучить стек выполнения. Для .NET его можно посмотреть в свойстве исключения StackTrace. Для JavaScript аналогично смотрим в Error.prototype.stack (свойство не входит в стандарт) или можно вывести в консоль выполнив console.trace(). В стеке выводятся названия методов в том порядке в котором они вызывались. Если то место, где падает ошибка зависит от аргументов которые пришли из вызывающего метода, то если развернуть стек, мы проследим где эти аргументы формировались.

Загуглите текст ошибки

Очевидное правило, которым не все пользуются. Применимо к не типовым ошибкам, например связанным с конкретной библиотекой или со специфическим типом исключения. Поиск по тексту ошибки помогает найти аналогичные случаи, которые даже если не дадут конкретного решения, то помогут понять контекст её возникновения.

Прочитайте документацию

Если ошибка связана с использованием внешней библиотеки, убедитесь что понимаете как она работает и как правильно с ней взаимодействовать. Типичные ошибки, когда подключив новую библиотеку после прочтения Getting Started она не работает как ожидалось или выбрасывает исключение. Проблема может быть в том, что базовый шаблон подключения библиотеки не применим к текущему приложению и требуются дополнительные настройки или библиотека не совместима с текущим окружением. Разобраться в этом поможет прочтение документации.

Проведите исследовательское тестирование

Если используете библиотеку которая не работает как ожидалось, а нормальная документация отсутствует, то создайте тесты которые покроют интересующий функционал. В ассертах опишите ожидаемое поведение. Если тесты не проходят, то подбирая различные вариации входных данных выясните рабочую конфигурацию. Цель исследовательских тестов помочь разобраться без документации, какое ожидаемое поведение у изучаемой библиотеки в разных сценариях работы. Получив эти знания будет легче понять как правильно использовать библиотеку в проекте.

Бинарный поиск

В неочевидных случаях, если нет уверенности что проблема в вашем коде, а сообщение об ошибке не даёт понимания где проблема,  комментируем блок кода в котором обнаружилась проблема. Убеждаемся что ошибка пропала. Аналогично бинарному алгоритму раскомментировали половину кода, проверили воспроизводимость ошибки. Если воспроизвелась, закомментировали половину выполняемого кода, повторили проверку и так далее пока не будет локализовано место появления ошибки.

Где обитают ошибки

Ошибки в своём коде

Самые распространенные ошибки. Мы писали код, ошиблись в формуле, забыли присвоить значение переменной или что-то не проинициализировали перед вызовом. Такие ошибки легко исправить и легко найти место возникновения если внимательно прочитать описание возникшей ошибки.

Ошибки в чужом коде

Если над проектом работает больше одного разработчика, чей код взаимодействует друг с другом, возможна ситуация, когда ошибка происходит в чужом коде. Может сложиться впечатление, что если программа раньше работала, а сломалась только после того, как вы добавили свой код, то проблема в этом коде. На деле может быть, что ваш код обращается к уже существующему чужому коду, но передаёт туда граничные значения данных, работу с которыми забыли протестировать и обработать такие случаи. 

В зависимости от соглашений на проекте исправляйте такие ошибки как свои собственные, либо сообщайте о них автору и ждите внесения правок.

Ошибки в библиотеках

Ошибки могут падать во внешних библиотеках к которым нет доступа и в таком случае непонятно что делать. Такие ошибки можно разделить на два типа. Первый- это ошибки в коде библиотеки. Второй- это ошибки связанные с невалидными данными или окружением, которые приводят к внутреннему исключению. 

Первый случай хотя и редкий, но не стоит о нём забывать. В этом случае можно откатиться на другую версию библиотеки и создать Issue с описанием проблемы. Если это open-source и нет времени ждать обновления, можно собрать свою версию исправив баг самостоятельно, с последующей заменой на официальную исправленную версию.

Во втором случае определите откуда из вашего кода пришли невалидные данные. Для этого смотрим стек выполнения и по цепочке прослеживаем место в котором библиотека вызывается из нашего кода. Далее с этого места начинаем анализ, как туда попали невалидные данные.

Ошибки не воспроизводимые локально

Ошибка воспроизводится на develop стенде или в production, но не воспроизводится локально. Такие ошибки сложнее отлавливать потому что не всегда есть возможность  запустить дебаг на удалённой машине. Поэтому убеждаемся, что ваше окружение соответствует внешнему. 

Проверьте версию приложения

На стенде и локально версии приложения должны совпадать. Возможно на стенде приложение развёрнуто из другой ветки.

Проверьте данные

Проблема может быть в невалидных данных, а локальная и тестовая база данных рассинхронизированы. В этом случае поиск ошибки воспроизводим локально подключившись к тестовой БД, либо сняв с неё актуальный дамп.

Проверьте соответствие окружений

Если проект на стенде развёрнут в контейнере, то в некоторых IDE (JB RIder) можно дебажить в контейнере. Если проект развёрнут не в контейнере, то воспроизводимость ошибки может зависеть от окружения. Хотя .Net Core мультиплатформенный фреймворк, не всё что работает под Windows так же работает под Linux. В этом случае либо найти рабочую машину с таким же окружением, либо воспроизвести окружение через контейнеры или виртуальную машину.

Коварные ошибки

Метод из подключенной библиотеки не хочет обрабатывать ваши аргументы или не имеет нужных аргументов. Такие ситуации возникают, когда в проекте подключены две разных библиотеки содержащие методы с одинаковым названием, а разработчик по привычке понадеялся, что IDE автоматически подключит правильный using. Такое часто бывает с библиотеками расширяющими функционал LINQ в .NET. Поэтому при автоматическом добавлении using, если всплывает окно с выбором из нескольких вариантов, будьте внимательны. 

Похожая ситуация и с одинаково названными типами. Если сборка включает несколько проектов в которых присутствуют одинаково названные классы, то можно по ошибке обращаться не к тому который требуется. Чтобы избежать обоих случаев, убедитесь, что в месте возникновения ошибки идёт обращение к правильным типам и методам.

Дополнительные материалы

Алгоритм отладки

1. Повтори ошибку.

2. Опиши проблему.

3. Сформулируй гипотезу.

4. Проверь гипотезу — если гипотеза проверку не прошла то п.3.

5. Примени исправления.

6. Убедись что исправлено — если не исправлено, то п.3.

Подробнее ознакомиться с ним можно в докладе Сергея Щегриковича «Отладка как процесс».

Чем искать ошибки, лучше не допускать ошибки. Прочитайте статью «Качество вместо контроля качества», чтобы узнать как это делать.

Итого

1. При появлении ошибки в которой сложно разобраться сперва внимательно и вдумчиво читаем текст ошибки. 

2. Смотрим стек выполнения и проверяем, не находится ли причина возникновения выше по стеку.

3. Если по прежнему непонятно, гуглим текст и ищем похожие случаи. 

4. Если проблема при взаимодействии с внешней библиотекой, читаем документацию.

5. Если нет документации проводим исследовательское тестирование.

6. Если не удается локализовать причину ошибки, применяем метод Бинарного поиска.

На основе GPT-3 появился нейродебаггер, который поможет исправить код на всех языках программирования. Для этого вам всего лишь надо отправить код, а остальное за вас сделает нейросеть. Очень сильно упростит работу всем, кто занимается кодом и лень искать ошибки самому. Так же будет полезно для людей кто делает ревью кода.

Как исправить код на любом языке программирования:

1.Открываем

сайт

. Нажимаем “Fix you code”

2. Выбираем язык программирования, на котором написан ваш код. Мы будем показывать на примере Pythone.

3. Спускаемся в раздел “Error Message”. В пустое поле вводим наш код, в котором хотим найти ошибки исправить его.

4. После того, как ввели нужный нам код, необходимо нажать на кнопку “Debug”.

5. Высветился попап, в котором нас попросят ввести ключ от OpenAI. Переходим по ссылке на эту нейросеть. Если вы находитесь на территории России, вам понадобится VPN, иначе вы не сможете зарегистрироваться на данном сервисе для получения ключа. Можете использовать расширение в Chrome – “

Browsec VPN

”

6. Нажимаем “Log in” если у вас уже есть аккаунт в этом сервисе и авторизуемся в него. Нажимаем “Sign up”, чтобы создать новый аккаунт.

Если вы создаете новый аккаунт, используем адрес электронной почты или авторизуемся с помощью Google или Microsoft

Вводим имя и фамилию какую угодно и нажимаем “Continue”

Далее нас попросит ввести номер телефона. Если вы из России, то будем использовать

Sms-activate

. В поиске сервисов вводим “OpenAI” и покупаем любой номер, например Индонезия.

Возвращаемся на сервис и вставляем полученный номер, нажимаем “Send code via SMS”.

Ожидаем получения кода на “Sms-activate” и вставляем его. В следующем шаге на вопрос “Как вы в основном будете использовать OpenAI?” выбираем любой пункт.

7. Открылась страница для получения ключа. Чтобы сгенерировать его, нажмите на “Create new secret key”

8. Появится окно с вашим ключом, копируем его

9. Вставляем его и нажимаем “Done”

10. Нажимаем еще раз “Debug”, чтобы нейросеть начала процесс исправления.

11. Справа в разделе “Error Explanation” будет описана в чем проблема

12. В панели с кодом нейросеть предложит исправления. Чтобы исправить нажмите “Use me”

Если вы хотите узнать как написать код с помощью нейросети OpenAI, можете ознакомиться с этой статьей

Надеюсь статья была полезной для вас!