Поиск устранения ошибок в компьютерной программе

Отладка производится для локализации и устранения синтаксических ошибок и явных ошибок кодирования. При тестировании проводится проверка работоспособности программы, которая не содержит явных ошибок. При тестировании устанавливается факт наличия ошибок, а отладка проводится для выяснения ее причины.

Термин debugging (с англ – отладка) дословно обозначает «вылавливание жучков». Он появился в 1945 г. после случая, когда компьютер «Марк-1» прекратил работу вследствие попадания в его электрические цепи мотылька, который заблокировал одно из реле вычислительной машины.

Отладка программы

В современных системах программирования (например, Turbo C, Turbo Pascal, Turbo Basic и др.) отладку осуществляет зачастую специальное программное средство – отладчик, который позволяет исследовать внутреннее поведение программы.

Возможности отладчика:

• выполнение пошагового исполнения программы с остановкой после каждого оператора;
• возможность просмотра текущего значения любой переменной или нахождения значения любого выражения; в случае необходимости можно задать новое значение переменной;
• можно установить в программе контрольные точки – точки, в которых программа временно прекращает свое выполнение. Это позволяет выполнить оценку промежуточных результатов и др.

При выполнении отладки программы нужно придерживаться следующих правил:

• на начальном этапе проведения отладки нужно использовать простые тестовые данные;
• возникающие ошибки устранять строго по очереди;
• помнить, что причина ошибок – не машина. Современные ПК и программы-трансляторы наделены достаточно высокой надежностью.

«Отладка и тестирование программы» 👇

Тест и тестирование

Если программа прошла отладку и явные ошибки не выявляются, пригодность программы для работы, которая является решающей характеристикой, устанавливает контроль программы по результатам ее выполнения на системе тестов.

Программу условно считают правильной, если при ее запуске для выбранных тестовых исходных данных она во всех случаях позволяет получать правильные результаты.

По замечанию известного теоретика программирования Э. Дейкстра, тестирование показывает только наличие ошибок, а не их отсутствие. Нередко бывает, что при вводе новых входных данных вызывается «отказ» или получают неверные результаты работы программы, которая была полностью отлажена.

Для выполнения тестирования должны быть подготовлены или заранее известны эталонные результаты, которые вычислять необходимо до получения машинных результатов, а не после. В обратном случае можно получить невольно подогнанные вычисляемые значения под желаемые, которые были ранее получены на машине.

Тестовые данные

Обеспечение проверки всех возможных условий возникновения ошибок должно ложится на правильно подобранные тестовые данные:

• должны обеспечить испытание каждой ветви алгоритма;
• при очередном тестовом прогоне должен выполняться контроль того, что еще не было протестировано при предыдущих прогонах;
• первый тест должен быть максимально простым для обеспечения проверки работы программы вообще;
• для снижения объема вычислений в тестах должны быть предельно упрощены арифметические операции;
• число элементов последовательностей, число проходов цикла, точность итерационных вычислений тестовых примеров должны задаваться с позиции сокращения объема вычислений;
• уменьшение количества вычислений не должна приводить к снижению надежности контроля;
• целенаправленность и системность тестирования, т.к. случайный выбор исходных данных может привести к трудностям в определении ожидаемых результатов ручным способом, к невозможности проверить многие ситуации;
• постепенное усложнение тестовых данных.

Рассмотрим на примере систему тестовых данных для задачи нахождения корней квадратного уравнения ax^2+bx+c=0:

Этапы процесса тестирования

Процесс тестирования зачастую делится на 3 этапа:

1. Проверка в нормальных условиях – проведение тестирования на основе данных, характерных для реальных условий функционирования программы.
2. Проверка в экстремальных условиях. В тестовые данные входят граничные значения области изменения входных переменных, воспринимающиеся программой как правильные данные. Типичные примеры таких значений: очень маленькие или очень большие числа; отсутствие данных; граничные объемы данных (например, массив из слишком малого или слишком большого числа элементов).
3. Проверка в исключительных ситуациях проводится на значениях данных, которые лежат за пределами допустимой области изменений.

При подготовке тестовых данных и проведении тестирования нужно учитывать следующие моменты:

• каким будет результат работы программы, которая не рассчитана на обработку отрицательных или нулевых значений переменных, в случае обработки таких данных?
• каков будет результат работы программы, которая обрабатывает массивы, если число их элементов превысит величину, указанную в объявлении массива?
• что произойдет в случае слишком малых или слишком больших чисел?

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»}

отладка

устранение ошибок в компьютерной программе

Альтернативные описания

• действие по глаголу отлаживать

• поиск ошибок в программе

• этап разработки компьютерной программы, на котором обнаруживают, локализуют и устраняют ошибки

• регулировка

• регулировка прибора

• доводка механизма, настройка

• настройка четкости работы механизма

• настройка и доводка оборудования

• регулировка оборудования

• доводка механизма до нужной кондиции

• регулировка механизма

• доведение оборудования до рабочего состояния

• обслуживание станков и оборудования

• заключительная часть ремонта оборудования

• Наладка, приведение в рабочее состояние, регулировка

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.

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 (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

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 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.

Программы для исправления ошибок компьютера