Исправить ошибки в программе python

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

Ошибки совершают все — даже опытные профессиональные разработчики!

Интерактивный интерпретатор Python, IDLE, довольно хорошо выявляет такие ошибки, как синтаксические ошибки и ошибки времени выполнения, но есть третий тип ошибок, с которыми вы, возможно, уже сталкивались. Логические ошибки возникают, когда действующая в остальном программа не выполняет то, что было задумано. Логические ошибки вызывают непредвиденное поведение, называемое ошибками. Удаление ошибок называется отладкой.

В этом уроке:

Отладчик — это инструмент, который помогает выявлять ошибки и понимать, почему они возникают. Умение находить и исправлять ошибки в коде — это навык, который вы будете использовать на протяжении всей своей карьеры программиста!

В этом уроке вы:

• Узнайте, как использовать окно управления отладкой IDLE;
• Попрактикуйтесь в отладке ошибочной функции;
• Изучите альтернативные методы отладки вашего кода.

Используйте окно управления отладкой

Основным интерфейсом отладчика IDLE является окно Debug Control, или для краткости окно Debug. Вы можете открыть окно «Debug», выбрав «Debug» → «Debugger» в главном меню интерактивного окна. Идите вперед и откройте окно отладки.

Примечание. Если в строке меню отсутствует меню «Debug», убедитесь, что интерактивное окно находится в фокусе, щелкнув его.

Каждый раз, когда открыто окно отладки, интерактивное окно отображает [DEBUG ON] рядом с приглашением, указывающим, что отладчик открыт. Теперь откройте новое окно редактора и расположите три окна на экране так, чтобы вы могли видеть их все одновременно.

В этом разделе вы узнаете, как организовано окно отладки, как по-шагово выполнять код с отладчиком по одной строке за раз и как устанавливать точки останова, чтобы ускорить процесс отладки.

Окно управления отладкой: обзор

Чтобы увидеть, как работает отладчик, вы можете начать с написания простой программы без каких-либо ошибок. Введите в окно редактора следующее:

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

Сохраните файл, затем оставьте окно отладки открытым и нажмите F5. Вы заметите, что до исполнения не далеко.

Окно отладки будет выглядеть так:

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

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

Это говорит о том, что строка 1 (которая содержит код for i in range(1, 4):) вот-вот будет запущена, но еще не началась. Часть сообщения '__main__'.() относится к тому факту, что вы в данный момент находитесь в основном разделе программы, а не находитесь, например, в определении функции до того, как будет достигнут основной блок кода.

Под панелью Stack находится панель Locals, в которой перечислены некоторые странно выглядящие вещи, такие как __annotations__, __builtins__, __doc__ и т.д. Это внутренние системные переменные, которые пока можно игнорировать. Во время выполнения программы вы увидите переменные, объявленные в коде, отображаемом в этом окне, чтобы вы могли отслеживать их значение.

В верхнем левом углу окна отладки расположены пять кнопок: Go, Step, Over, Out и Quit. Эти кнопки управляют тем, как отладчик перемещается по вашему коду.

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

Кнопка Step

Идите вперед и нажмите Step в верхнем левом углу окна отладки. Окно отладки немного изменится и будет выглядеть так:

Здесь есть два отличия, на которые следует обратить внимание. Сначала сообщение на панели стека меняется на следующее:

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

На этом этапе выполняется строка 1 вашего кода, а отладчик остановился непосредственно перед выполнением строки 2.

Второе изменение, которое следует отметить, — это новая переменная i, которой на панели Locals присвоено значение 1. Это потому, что цикл for в первой строке кода создал переменную i и присвоил ей значение 1.

Продолжайте нажимать кнопку Step, чтобы пройтись по вашему коду построчно, и посмотрите, что происходит в окне отладчика. Когда вы дойдете до строкового вывода (print(f"i is {i} and j is {j}")), вы сможете увидеть вывод, отображаемый в интерактивном окне, по частям.

Таким образом, вы можете отслеживать растущие значения i и j по мере прохождения цикла for. Вы, наверное, можете себе представить, насколько полезна эта функция при попытке найти источник ошибок в ваших программах. Знание значения каждой переменной в каждой строке кода может помочь вам определить, где что-то идет не так.

Точки останова и кнопка перехода

Часто вы можете знать, что ошибка должна быть в определенном разделе вашего кода, но вы можете не знать, где именно. Вместо того, чтобы нажимать кнопку Step целый день, вы можете установить точку останова, которая сообщает отладчику о необходимости непрерывно запускать весь код, пока он не достигнет точки останова.

Точка останова^એ сообщают отладчику, когда следует приостановить выполнение кода, чтобы вы могли взглянуть на текущее состояние программы. На самом деле они ничего не ломают.

Чтобы установить точку останова, на строке кода в окне редактора, на которой вы хотите сделать паузу, щелкните правой кнопкой мыши и выберите «Set Breakpoint». IDLE выделяет линию желтым цветом, чтобы указать, что ваша точка останова установлена. Чтобы удалить точку останова, щелкните правой кнопкой мыши строку с точкой останова и выберите «Clear Breakpoint».

Продолжайте и нажмите Quit в верхней части окна Debug, чтобы выключить отладчик на данный момент. Это не закроет окно,и вы захотите оставить его открытым, потому что через мгновение вы снова будете им пользоваться.

Установите точку останова в строке кода с помощью оператора print(). Окно редактора теперь должно выглядеть так:

Сохраните и запустите файл. Как и раньше, панель стека в окне отладки указывает, что отладчик запущен и ожидает выполнения строки 1. Щелкните Go и посмотрите, что происходит в окне отладки:

На панели стека теперь отображается следующее сообщение, указывающее, что он ожидает выполнения строки 3:

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

Если вы посмотрите на панель «Locals», то увидите, что обе переменные i и j имеют значения 1 и 2 соответственно. Нажав Go, вы указали отладчику, что он должен выполнять ваш код непрерывно, пока он не достигнет точки останова или конца программы. Снова нажмите Go. Окно отладки теперь выглядит так:

Вы видите, что изменилось? То же сообщение, что и раньше, отображается на панели стека, указывая, что отладчик ожидает повторного выполнения строки 3. Однако значения переменных i и j теперь равны 2 и 4. Интерактивное окно также отображает результат выполнения строки с помощью print() в первый раз в цикле.

Каждый раз, когда вы нажимаете кнопку Go, отладчик непрерывно запускает код, пока не достигнет следующей точки останова. Поскольку вы устанавливаете точку останова в строке 3, которая находится внутри цикла for, отладчик останавливается на этой строке каждый раз, когда проходит цикл.

Нажмите Go в третий раз. Теперь i и j имеют значения 3 и 6. Как вы думаете, что произойдет, если вы нажмете Go еще раз? Поскольку цикл for повторяется только три раза, когда вы снова нажмете Go, программа завершит работу.

Снова и снова

Кнопка Over работает как комбинация Step и Go — перепрыгиваем через функцию или цикл. Другими словами, если вы не собираетесь по-операторно отслеживать и отлаживать функцию, то можете запустить код без необходимости заходить в неё. Кнопка Over переводит вас прямо к результату выполнения этой функции.

Точно так же, если вы уже находитесь внутри функции или цикла, кнопка Out выполняет оставшийся код внутри функции или тела цикла, а затем приостанавливает работу.

Далее вы увидите код с ошибками и узнаете, как исправить это с помощью IDLE.

Устранение некоторых ошибок

Теперь, когда вы освоились с использованием окна Debug Control, давайте взглянем на программу с ошибками.

Следующий код определяет функцию add_underscores(), которая принимает в качестве аргумента одно строковое объектное слово и возвращает новую строку, содержащую копию слова, в которой каждый символ окружен подчеркиванием. Например, add_underscores("python") должен вернуть _p_y_t_h_o_n_.

Вот код с ошибками:

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 окно редактора, затем сохраните файл и нажмите F5, чтобы запустить программу. Ожидаемый результат — _h_e_l_l_o_, но вместо этого все, что вы видите, — это o_ или буква «o», за которой следует одно подчеркивание.

Если вы уже понимаете, в чем проблема с кодом, не исправляйте ее. Наша цель — узнать, как использовать отладчик IDLE для определения проблемы.

Если вы не понимаете, в чем проблема, не волнуйтесь! К концу этого раздела вы найдете его и сможете идентифицировать похожие проблемы в другом коде, с которым вы столкнетесь.

Примечание. Отладка может быть сложной и занимать много времени, а ошибки могут быть незаметными, и их трудно выявить.

Хотя в этом разделе рассматривается относительно простая ошибка, метод, используемый для проверки кода и поиска ошибки, одинаков для более сложных проблем.

Отладка — это решение проблемы, и по мере того, как вы набираетесь опыта, вы будете разрабатывать свои собственные подходы. В этом разделе вы узнаете простой четырехшаговый метод, который поможет вам начать работу:

1. Угадайте, в каком разделе кода может содержаться ошибка.
2. Установите точку останова и проверьте код, переходя по одной строке за раз через секцию с ошибками, отслеживая важные переменные на этом пути.
3. Найдите строку кода, если таковая имеется, с ошибкой и внесите изменения, чтобы решить проблему.
4. При необходимости повторите шаги 1–3, пока код не заработает должным образом.

Делай 1. Угадайте, где находится ошибка

Первым шагом является определение участка кода, который, вероятно, содержит ошибку. Возможно, сначала вы не сможете точно определить, где находится ошибка, но обычно вы можете сделать разумное предположение о том, в каком разделе вашего кода есть ошибка.

Обратите внимание, что программа разделена на два отдельных раздела: определение функции (где определено add_underscores()) и основной блок кода, который определяет переменную фразу со значением hello, а затем выводит результат вызова add_underscores(phrase) .

Посмотрите на основной раздел кода:

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

Как вы думаете, здесь может быть проблема? Не похоже, правда? Все в этих двух строчках кода выглядит хорошо. Итак, 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 кода внутри функции создает переменную new_word со значением "_". У вас все в порядке, поэтому вы можете сделать вывод, что проблема где-то в теле цикла for.

Делай 2. Установите точку останова и проверьте код

Теперь, когда вы определили, где должна быть ошибка, установите точку останова в начале цикла for, чтобы вы могли точно отслеживать, что происходит внутри кода, с помощью окна отладки:

Откройте окно отладки и запустите файл. Выполнение по-прежнему приостанавливается на самой первой строке, которую он видит, то есть в определении функции.

Нажмите Go, чтобы просмотреть код, пока не встретится точка останова. Окно отладки теперь будет выглядеть так:

На этом этапе выполнение кода приостанавливается непосредственно перед входом в цикл for в функции add_underscores(). Обратите внимание, что на панели Locals отображаются две локальные переменные, word и new_word. В настоящее время word имеет значение "hello", а new_word — значение "_", как и ожидалось.

Щелкните Step один раз, чтобы войти в цикл for. Окно отладки изменится и новая переменная i со значением 0 отображается на панели Locals:

i — это счетчик, используемый в цикле for, и вы можете использовать его, чтобы отслеживать, какую итерацию цикла for вы просматриваете в данный момент.

Еще раз нажмите Step. Если вы посмотрите на панель Locals, то увидите, что переменная new_word приняла значение h_:

Это неправильно. Первоначально new_word имело значение "_", а на второй итерации цикла for теперь оно должно иметь значение "_h_". Если вы нажмете Step еще несколько раз, вы увидите, что для new_word устанавливается значение "e_", затем "l_" и т.д.

Делай 3. Определите ошибку и попытайтесь ее исправить

Вывод, который вы можете сделать на этом этапе, заключается в том, что на каждой итерации цикла for new_word перезаписывается следующим символом в строке "hello" и завершающим символом подчеркивания. Поскольку внутри цикла for всего одна строка кода, вы знаете, что проблема должна быть в следующем коде:

new_word = word[i] + "_"

Посмотрите внимательно на строку. Она сообщает Python, что нужно получить следующий символ слова, прикрепить к нему подчеркивание и присвоить эту новую строку переменной new_word. Это именно то поведение, свидетелем которого вы стали, пройдя цикл for!

Для решения проблемы вам нужно указать Python объединить строковое слово [i] + "_" с существующим значением new_word. Нажмите Quit в окне Debug, но пока не закрывайте окно. Откройте окно редактора и измените строку внутри цикла for на следующую:

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

Делай 4. Повторяйте шаги с 1 по 3, пока ошибка не исчезнет

Сохраните новые изменения в программе и снова запустите. В окне отладки нажмите Go, чтобы выполнить код до точки останова.

Примечание. Если вы закрыли отладчик на предыдущем шаге, не нажав кнопку Quit, при повторном открытии окна отладки вы можете увидеть следующую ошибку:

You can only toggle the debugger when idle

(Вы можете переключать отладчик только в режиме ожидания)

По завершении сеанса отладки всегда нажимайте кнопку Go или Quit, а не просто закрывайте отладчик, иначе у вас могут возникнуть проблемы с его повторным открытием.Чтобы избавиться от этой ошибки, вам придется закрыть и снова открыть IDLE.

Программа приостанавливается непосредственно перед входом в цикл for в add_underscores(). Несколько раз нажмите Step и посмотрите, что происходит с переменной new_word на каждой итерации. Успех! Все работает как положено!

Ваша первая попытка исправить ошибку сработала, поэтому вам больше не нужно повторять шаги 1–3. Так будет не всегда. Иногда, прежде чем исправлять ошибку, вам придется повторить этот процесс несколько раз.

Альтернативные способы поиска ошибок

Использование отладчика может быть сложным и трудоемким, но это самый надежный способ найти ошибки в вашем коде. Однако отладчики не всегда доступны. Системы с ограниченными ресурсами, такие как небольшие устройства Интернет вещей^એ, часто не имеют встроенных отладчиков.

В подобных ситуациях вы можете использовать отладку печатью, чтобы найти ошибки в вашем коде. Отладка печатью использует print() для отображения текста в консоли, который указывает, где выполняется программа и каково состояние переменных программы в определенных точках кода.

Например, вместо отладки предыдущей программы с помощью окна отладки вы можете добавить следующую строку в конец цикла for в add_underscores():

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

В этом случае измененный код будет выглядеть так:

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))

Когда вы запускаете файл, интерактивное окно отображает следующий вывод:

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_

Здесь показано, какие значение имеет new_word на каждой итерации цикла for. Последняя строка, содержащая только один знак подчеркивания, является результатом выполнения print(add_underscore(phrase)) в конце программы.

Посмотрев на вышеприведенный вывод, вы можете прийти к тому же выводу, что и при отладке с помощью окна отладки. Проблема в том, что new_word перезаписывается на каждой итерации.

Отладка печатью работает, но имеет несколько недостатков по сравнению с отладкой с помощью отладчика. Во-первых, вы должны запускать всю свою программу каждый раз, когда хотите проверить значения ваших переменных. Это может быть огромной тратой времени по сравнению с использованием точек останова. Вы также должны не забыть удалить эти вызовы функции print() из вашего кода, когда закончите отладку!

Пример цикла в этом разделе может быть хорошим примером для иллюстрации процесса отладки, но это не лучший пример кода Pythonic. Использование индекса i свидетельствует о том, что может быть лучший способ написать цикл. Один из способов улучшить этот цикл — напрямую перебирать символы в слове. Вот один из способов сделать это:

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

Процесс переписывания существующего кода, чтобы он был более чистым, более легким для чтения и понимания или в большей степени соответствовал стандартам, установленным командой, называется рефакторинг^એ. Мы не будем обсуждать рефакторинг^એ в этом уроке, но это важная часть написания кода профессионального качества.

Вот так то! Теперь вы знаете все об отладке с помощью окна Debug IDLE. Вы можете использовать базовые принципы, которые вы использовали здесь, с рядом различных инструментов отладки. Теперь у вас есть все необходимое, чтобы начать отладку кода Python.

В этом уроке вы узнали:

• Как использовать окно управления отладкой IDLE для проверки значений переменных.
• Как вставить точки останова, чтобы лучше понять, как работает ваш код.
• Как использовать кнопки Step, Go, Over и Out для построчного отслеживания ошибок.

Вы также получили некоторую практику отладки неисправной функции, используя процесс из четырёх шагов выявления и удаления ошибок:

1. Угадай, где находится ошибка.
2. Установите точку останова и проверьте код. Определите ошибку и попытайтесь ее исправить.
3. Повторяйте шаги с 1 по 3, пока ошибка не будет исправлена.
4. Отладка — это не только наука, но и искусство.

Единственный способ овладеть отладкой — это много практиковаться с ней! Один из способов попрактиковаться — открыть окно Debug Control и использовать его для пошагового выполнения кода, работая над упражнениями и задачами, которые вы найдете в наших Практикумах.

Find & Fix Code Bugs in Python: Debug With IDLE

Watch Now This tutorial has a related video course created by the Real Python team. Watch it together with the written tutorial to deepen your understanding: Python Basics: Finding and Fixing Code Bugs

Everyone makes mistakes—even seasoned professional developers! Python’s interactive interpreter, IDLE, is pretty good at catching mistakes like syntax errors and runtime errors, but there’s a third type of error that you may have already experienced. Logic errors occur when an otherwise valid program doesn’t do what was intended. Logic errors cause unexpected behaviors called bugs. Removing bugs is called debugging.

A debugger is a tool that helps you hunt down bugs and understand why they’re happening. Knowing how to find and fix bugs in your code is a skill that you’ll use for your entire coding career!

In this tutorial, you’ll:

• Learn how to use IDLE’s Debug Control window
• Practice debugging on a buggy function
• Learn alternative methods for debugging your code

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

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

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

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

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))

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

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

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

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

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))

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_

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

Watch Now This tutorial has a related video course created by the Real Python team. Watch it together with the written tutorial to deepen your understanding: Python Basics: Finding and Fixing Code Bugs

() translation by (you can also view the original English article)

В этом уроке вы узнаете, как обрабатывать ошибки в Python со всех возможных точек зрения. Обработка ошибок является важнейшим аспектом проектирования, и она проходит от самых низких уровней (иногда это аппаратное обеспечение) через весь путь к конечным пользователям. Если у вас нет продуманной стратегии в этой области, ваша система будет ненадежной, а пользовательский опыт будет плохим, и вы будете иметь много проблем с отладкой и устранением неполадок.

Ключ к успеху, зная обо всех связанных сторонах вопроса, рассматривать их целостно и сформировать решение, которое учитывает каждый аспект.

Коды статуса против Исключений

Существует две основных модели обработок ошибок: Коды статуса и Исключения. Коды статуса могут использоваться в любом языке программирования. Исключения требуют поддержки языка/среды исполнения.

Python поддерживает исключения. Python и его стандартная библиотека использует исключения свободно для того, чтобы сообщить о различных состояниях, таких как IO ошибки, ошибки деления на ноль, ошибки пределов индексации, а также некоторые некритичные ситуаций, такие как конец итерации (хотя обычно эти ошибки скрыты). Большинство библиотек придерживаются этого принципа и вызывают исключения.

Это означает, что ваш код будет обрабатывать исключения, возникающие в Python или в библиотеке, во всяком случае, так что вы можете также вызывать исключения напрямую из вашего кода, когда это необходимо и не полагаться на коды статуса.

Небольшой пример

Прежде чем погрузиться в святая святых лучших практик обработки исключений и ошибок Python, давайте рассмотрим некоторые исключения в действии:

1

def f():

2

3

    return 4 / 0

4

5

6

7

def g():

8

9

    raise Exception("Don't call us. We'll call you")

10

11

12

13

def h():

14

15

    try:

16

17

        f()

18

19

    except Exception as e:

20

21

        print(e)

22

23

    try:

24

25

        g()

26

27

    except Exception as e:

28

29

        print(e)

При вызове h(), мы получаем на выходе:

1

h()

2

3

division by zero

4

5

Don't call us. We'll call you

Исключения Python 

Python исключениями являются объекты организованные в классовой иерархии.

Вот иерархия целиком:

1

BaseException

2

3

 +-- SystemExit

4

5

 +-- KeyboardInterrupt

6

7

 +-- GeneratorExit

8

9

 +-- Exception

10

11

      +-- StopIteration

12

13

      +-- StandardError

14

15

      |    +-- BufferError

16

17

      |    +-- ArithmeticError

18

19

      |    |    +-- FloatingPointError

20

21

      |    |    +-- OverflowError

22

23

      |    |    +-- ZeroDivisionError

24

25

      |    +-- AssertionError

26

27

      |    +-- AttributeError

28

29

      |    +-- EnvironmentError

30

31

      |    |    +-- IOError

32

33

      |    |    +-- OSError

34

35

      |    |         +-- WindowsError (Windows)

36

37

      |    |         +-- VMSError (VMS)

38

39

      |    +-- EOFError

40

41

      |    +-- ImportError

42

43

      |    +-- LookupError

44

45

      |    |    +-- IndexError

46

47

      |    |    +-- KeyError

48

49

      |    +-- MemoryError

50

51

      |    +-- NameError

52

53

      |    |    +-- UnboundLocalError

54

55

      |    +-- ReferenceError

56

57

      |    +-- RuntimeError

58

59

      |    |    +-- NotImplementedError

60

61

      |    +-- SyntaxError

62

63

      |    |    +-- IndentationError

64

65

      |    |         +-- TabError

66

67

      |    +-- SystemError

68

69

      |    +-- TypeError

70

71

      |    +-- ValueError

72

73

      |         +-- UnicodeError

74

75

      |              +-- UnicodeDecodeError

76

77

      |              +-- UnicodeEncodeError

78

79

      |              +-- UnicodeTranslateError

80

81

      +-- Warning

82

83

           +-- DeprecationWarning

84

85

           +-- PendingDeprecationWarning

86

87

           +-- RuntimeWarning

88

89

           +-- SyntaxWarning

90

91

           +-- UserWarning

92

93

           +-- FutureWarning

94

95

  +-- ImportWarning

96

97

  +-- UnicodeWarning

98

99

  +-- BytesWarning

100

Существует несколько специальных исключений, которые являются производными от BaseException, такие как SystemExit, KeyboardInterrupt и GeneratorExit. Еще есть класс Exception, который является базовым классом для StopIteration, StandardError и Warning. Все стандартные ошибки являются производными от StandardError.

Когда вы получаете исключение или функция, которую вы выполнили вызывает исключение, обычный порядок кода завершается и исключение начинает распространятся вверх по стеку вызовов до тех пор, пока не встречает обработчик соответствующих исключений. Если обработчик не доступен, процесс (или, точнее, текущий поток) будет прекращен с сообщением о необработанном исключении.

Вызов исключений

Вызов исключений очень прост. Вы просто используете ключевое слово raise чтобы вызвать объект, который является подклассом Exception. Это может быть экземпляр Exception, одно из стандартных исключений (напр., RuntimeError), или подкласс Exception, который вы получили. Вот небольшой фрагмент кода, который демонстрирует эти случаи:

1

# Raise an instance of the Exception class itself

2

3

raise Exception('Ummm... something is wrong')

4

5

6

7

# Raise an instance of the RuntimeError class

8

9

raise RuntimeError('Ummm... something is wrong')

10

11

12

13

# Raise a custom subclass of Exception that keeps the timestamp the exception was created

14

15

from datetime import datetime

16

17

18

19

class SuperError(Exception):

20

21

    def __init__(self, message):

22

23

        Exception.__init__(message)

24

25

        self.when = datetime.now()

26

27

28

29

30

31

raise SuperError('Ummm... something is wrong')

Перехват исключений

Вы получили исключение, с условием except, как вы видели в примере. Когда вы получили исключение, у вас есть три варианта:

• Пропустить (обработать его и продолжить работу).
• Сделать что-то вроде записи в журнал, но получить повторно то же самое исключение, чтобы продолжить его обработку на более высоком уровне.
• Вызвать другое исключение вместо текущего.

Пропустить исключение

Если вы знаете, как его обработать и как его полностью восстановить, можно пропустить исключение.

Например, если вы получаете входящий файл, который может быть в различных форматах (JSON, YAML), вы можете попробовать проанализировать его с помощью различных средств. Если анализатор JSON создаёт исключение, которое показывает, что файл имеет некорректный формат JSON, вы пропускаете его и пробуете проанализировать через парсер YAML. Если парсер YAML также не справляется с задачей, тогда вы даёте исключению перейти на следующий уровень.

1

import json

2

3

import yaml

4

5

6

7

def parse_file(filename):

8

9

    try:

10

11

        return json.load(open(filename))

12

13

    except json.JSONDecodeError

14

15

        return yaml.load(open(filename))

Обратите внимание, что другие исключения (например, file not found или no read permissions) будут переходить на следующий уровень и не будут обработаны конкретным исключением. Это хорошая тактика в том случае, если вы хотите использовать YAML парсер, когда анализ с помощью JSON парсера не удался. 

Если вы хотите обрабатывать все исключения, тогда используйте except Exception. Например:

1

def print_exception_type(func, *args, **kwargs):

2

3

    try:

4

5

        return func(*args, **kwargs)

6

7

    except Exception as e:

8

9

        print type(e)

Обратите внимание, что, добавляя as e, вы привязываете объект к имении e в вашем исключении.

Перезапуск исключения

Чтобы перезапустить исключение, просто напишите raise без аргументов внутри обработчика. Это позволит выполнить некоторую локальную обработку, но также пропустит исключение для обработки на верхние уровни. Здесь, функция invoke_function() выводит тип исключения в консоль и затем повторно вызывает его.

1

def invoke_function(func, *args, **kwargs):

2

3

    try:

4

5

        return func(*args, **kwargs)

6

7

    except Exception as e:

8

9

        print type(e)

10

11

        raise

Вызов Различных Исключений

Есть несколько случаев, когда вы хотели бы вызвать другое исключение. Иногда вы хотите сгруппировать несколько различных низкоуровневых исключений в одну категорию, которая равномерно обрабатывается на более высоком уровне кода. В других случаях вам нужно преобразовать исключение на уровне пользователя и предоставить контекст конкретного приложения.

Финальное утверждение

Иногда вы хотите убедиться, что код очистки выполняется, даже если где-то по пути возникло исключение. Например, у вас может быть подключение к базе данных, которое требуется закрыть, как только вы закончите. Это неправильный способ сделать это:

1

def fetch_some_data():

2

3

    db = open_db_connection()

4

5

    query(db)

6

7

    close_db_Connection(db)

Если функция query() вызывает исключение, то вызов close_db_connection() никогда не будет выполнен и подключение останется открытым. Утверждение finally всегда выполняется после всех попыток обработчика. Вот как сделать это правильно:

1

def fetch_some_data():

2

3

    db = None

4

5

    try:

6

7

        db = open_db_connection()

8

9

        query(db)

10

11

    finally:

12

13

        if db is not None:

14

15

            close_db_connection(db)

Вызов open_db_connection() может не вернуть подключение или вызвать исключение. В этом случае нет необходимости закрывать соединение.

При использовании finally, вы должны быть осторожны, чтобы не вызвать другие исключения, потому, что они скроют исходное.

Диспетчеров Контекста

Контекстные менеджеры обеспечивают еще один механизм обработки ресурсов, таких как файлы или подключения к БД, которые выполняются автоматически, даже если исключения были вызваны. Вместо блоков try-finally, можно использовать определение with. Вот пример с файлом:

1

def process_file(filename):

2

3

     with open(filename) as f:

4

5

        process(f.read())

Теперь, даже если process() вызывает исключение, этот файл будет закрыт правильно сразу же когда область видимости блока with завершена, независимо от того, было исключение обработано или нет.

Ведение журнала

Ведение журнала обычно требуется в нетривиальных, масштабных системах. Это особенно полезно в веб-приложениях, где вы можете исправить все исключения универсальным способом: Просто записать в журнал исключение и вернуть сообщение об ошибке.

При записи полезно учитывать тип исключения, сообщение и маршрут ошибки. Вся эта информация доступна через объект sys.exc_info, но если вы используете logger.exception() метод в обработчике исключений, Python извлечёт всю необходимую для вас информацию.

Это лучший пример, которую я рекомендую:

1

import logging

2

3

logger = logging.getLogger()

4

5

6

7

def f():

8

9

    try:

10

11

        flaky_func()

12

13

    except Exception:

14

15

        logger.exception()

16

17

        raise

Если вы будете придерживаться этому шаблону,тогда (предполагаю, что вы настроили запись в журнал правильно), независимо от того, что происходит, вы будете иметь очень понятные записи в ваших журналах о что пошло не так, и будете иметь возможность исправить проблему.

Если вы повторно вызываете исключение, убедитесь что вы не записывайте в журнал повторно одну и туже ошибку на разных уровнях. Эту будет бесполезный мусор. который может запутать вас и заставить думать что произошло несколько ошибок, хотя на самом деле одна ошибка была зарегистрирована несколько раз.

Самый простой способ сделать это заключается в том, чтобы позволить всем исключениям переходить дальше (если они могут быть обработаны и пропущены ранее), и затем выполнить запись в журнал на самом верхнем уровне системы/приложения.

Sentry

Ведение журнала это возможность. Наиболее распространенные реализации которой, является использование журнала. Но, для крупномасштабных распределенных систем с сотнями, тысячами или более серверов, это не всегда лучшее решение.

Для отслеживания исключений во всей инфраструктуре, такой сервис как sentry очень полезен. Он централизует все сообщения об исключениях, и в дополнении к маршруту ошибки он добавляет состояние каждого состояния стека (значение переменных в то время, когда было вызвано исключение). Он также предоставляет приятный интерфейс с панелью мониторинга, отчетами и способами получать сообщения по нескольким проектам сразу. Он предоставляется с открытым исходным кодом, так что вы можете запустить свой собственный сервер или оформить подписку на предустановленную версию.

Работа с временной ошибкой

Некоторые ошибки являются временными, в частности при работе с распределенными системами. Система, которая начинает ругаться при первом признаке ошибки не очень полезна.

Если ваш код получает доступ к удаленной системе, которая не отвечает, традиционное решение, это таймауты, но иногда случается не каждая система разработана с таймаутами. Таймауты, не всегда удобны для калибровки при изменении условий.

Другой подход заключается в том, чтобы быстро получить ошибку и затем повторить попытку. Преимущество в том, что если цель реагирует быстро, то вам не придется тратить много времени находясь в режиме ожидания и можно реагировать незамедлительно. Но если это сделать не удалось, вы можете повторять запрос несколько раз до тех пор, пока вы не решите, что ресурс действительно недоступен и вызовете исключение. В следующем разделе я расскажу об оформителе, который может сделать это для вас.

Полезные оформители

Два оформителя которые могут помочь в обработке ошибок, это @log_error, который записывает исключение и затем вновь вызывает его и @retry оформитель, который будет повторять вызов функции несколько раз.

Журнал ошибок

Вот пример простой реализации. Оформитель исключает объект logger. Когда он оформляет функцию и функция вызвана, он обработает вызов в блоке try-except, и если там было исключение сделает запись в журнал и наконец повторно вызовет исключение.

1

def log_error(logger)

2

3

    def decorated(f):

4

5

        @functools.wraps(f)

6

7

        def wrapped(*args, **kwargs):

8

9

            try:

10

11

                return f(*args, **kwargs)

12

13

            except Exception as e:

14

15

                if logger:

16

17

                    logger.exception(e)

18

19

                raise

20

21

        return wrapped

22

23

    return decorated

Вот пример, как его использовать:

1

import logging

2

3

logger = logging.getLogger()

4

5

6

7

@log_error(logger)

8

9

def f():

10

11

    raise Exception('I am exceptional')

Retrier

Здесь, очень хорошая реализация @retry оформителя.

1

import time

2

3

import math

4

5

6

7

# Retry decorator with exponential backoff

8

9

def retry(tries, delay=3, backoff=2):

10

11

  '''Retries a function or method until it returns True.

12

13

14

15

  delay sets the initial delay in seconds, and backoff sets the factor by which

16

17

  the delay should lengthen after each failure. backoff must be greater than 1,

18

19

  or else it isn't really a backoff. tries must be at least 0, and delay

20

21

  greater than 0.'''

22

23

24

25

  if backoff <= 1:

26

27

    raise ValueError("backoff must be greater than 1")

28

29

30

31

  tries = math.floor(tries)

32

33

  if tries < 0:

34

35

    raise ValueError("tries must be 0 or greater")

36

37

38

39

  if delay <= 0:

40

41

    raise ValueError("delay must be greater than 0")

42

43

44

45

  def deco_retry(f):

46

47

    def f_retry(*args, **kwargs):

48

49

      mtries, mdelay = tries, delay # make mutable

50

51

52

53

      rv = f(*args, **kwargs) # first attempt

54

55

      while mtries > 0:

56

57

        if rv is True: # Done on success

58

59

          return True

60

61

62

63

        mtries -= 1      # consume an attempt

64

65

        time.sleep(mdelay) # wait...

66

67

        mdelay *= backoff  # make future wait longer

68

69

70

71

        rv = f(*args, **kwargs) # Try again

72

73

74

75

      return False # Ran out of tries :-(

76

77

78

79

    return f_retry # true decorator -> decorated function

80

81

  return deco_retry  # @retry(arg[, ...]) -> true decorator

Заключение

Обработка ошибок имеет решающее значение для пользователей и разработчиков. Python предоставляет отличную поддержку на уровне языка и стандартной библиотеки для обработки ошибок на основе исключений. Следуя рекомендациям старательно, вы можете преодолеть этот аспект, которым так часто пренебрегают.