Отладка программы процесс поиска локализации и исправления ошибок в компьютерной программе

Обновлено: 07.01.2025

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

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

Приведем несколько примеров синтаксических ошибок .

А вот - логические ошибки .

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

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

8.2. Ошибки при выполнении программы

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

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

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

8.3. Тестирование программ и поиск ошибок

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

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

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

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

Для проверки программы в реальных условиях попробуйте провести следующие эксперименты.

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

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

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

8.4. Отладка программ в редакторе VBA

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 8.2. Программа, остановленная во время выполнения

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

Когда программа остановлена, вы можете выполнить следующие действия

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

Рис. 8.3. Значение переменной во всплывающем окне

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

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

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

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

• специфики управления используемыми техническими средствами,

• среды и языка программирования,

• 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.

В целом сложность отладки обусловлена следующими причинами:

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

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

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

• отсутствуют четко сформулированные методики отладки.

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

• «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.

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,

• 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.

К последней 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.

Н а 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.

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;

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.

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.

Отладка программы - один их самых сложных этапов разработки программного обеспечения.

9.1. Классификация ошибок

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

В соответствии с этапом обработки, на котором проявляются ошибки, различают (рис. 9.1):

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;

Рис. 9.1. Классификация ошибок по этапу обработки программы

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

Ошибки компоновки, 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.

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:

• несовпадение полученных результатов с ожидаемыми.

• неверное определение исходных данных,

• накопление погрешностей результатов вычислений.

Неверное определение исходных данных происходит, если возникают любые ошибки при выполнении операций ввода-вывода.

Логические ошибки 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. К последней группе относят:

• ошибки некорректного использования переменных,

• ошибки межмодульного интерфейса,

• другие ошибки кодирования.

Накопление погрешностей 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.

9.2. Методы отладки программного обеспечения

Большинство ошибок можно обнаружить по косвенным признакам посредством тщательного анализа текстов программ и результатов тестирования без получения дополнительной информации. При этом используют различные методы:

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.

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

Метод обратного прослеживания.

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

9.3. Методы и средства получения дополнительной информации

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

• интегрированные средства отладки,

Метод требует включения в программу дополнительного отладочного вывода в узловых точках. Узловыми считают точки алгоритма, в которых основные переменные программы меняют свои значения. При этом предполагается, что, выполнив анализ выведенных значений, программист уточнит момент, когда были получены неправильные значения, и сможет сделать вывод о причине ошибки.

Данный метод не очень эффективен и в настоящее время практически не используется.

Интегрированные средства отладки.

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

• выполнять программу по шагам, причем как с заходом в подпрограммы, так и выполняя их целиком,

• предусматривать точки останова,

• выполнять программу до оператора указанного курсором и т.п..

Отладка с использованием независимых отладчиков.

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

9.4. Общая методика отладки программного обеспечения

Суммируя все сказанное выше, можно предложить следующую методику отладки программного обеспечения, написанного на универсальных языках программирования для выполнения в операционных системах MS DOS и Win32:

Если ошибка не найдена или система просто «зависла», переходят ко второму этапу.

2 этап- локализация ошибки - определение конкретного фрагмента, при выполнении которого произошло отклонение от предполагаемого вычислительного процесса. При этом, если были получены неправильные результаты, то в пошаговом режиме проверяют ключевые точки процесса формирования данного результата.

Как подчеркивалось выше, ошибка не обязательно допущена в том месте, где она проявилась. Если в конкретном случае это так, то переходят к следующему этапу.

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

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

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

Отладка, бывает двух видов:

Синтаксическая отладка . Синтаксические ошибки выявляет компилятор, поэтому исправлять их достаточно легко.

Семантическая (смысловая) отладка . Ее время наступает тогда, когда синтаксических ошибок не осталось, но результаты программа выдает неверные. Здесь компилятор сам ничего выявить не сможет, хотя в среде программирования обычно существуют вспомогательные средства отладки, о которых мы еще поговорим.
Отладка - это процесс локализации и исправления ошибок в программе.

Как бы тщательно мы ни писали, отладка почти всегда занимает больше времени, чем программирование.

2. Локализация ошибок

Локализация - это нахождение места ошибки в программе.

В процессе поиска ошибки мы обычно выполняем одни и те же действия:
прогоняем программу и получаем результаты;
сверяем результаты с эталонными и анализируем несоответствие;
выявляем наличие ошибки, выдвигаем гипотезу о ее характере и месте в программе;
проверяем текст программы, исправляем ошибку, если мы нашли ее правильно.

Способы обнаружения ошибки:

Аналитический - имея достаточное представление о структуре программы, просматриваем ее текст вручную, без прогона.

Экспериментальны й - прогоняем программу, используя отладочную печать и средства трассировки, и анализируем результаты ее работы.

Оба способа по-своему удобны и обычно используются совместно.

3. Принципы отладки

Большинство ошибок обнаруживается вообще без запуска программы - просто внимательным просматриванием текста.

Если отладка зашла в тупик и обнаружить ошибку не удается, лучше отложить программу. Когда глаз "замылен", эффективность работы упорно стремится к нулю.

Чрезвычайно удобные вспомогательные средства - это отладочные механизмы среды разработки: трассировка, промежуточный контроль значений. Можно использовать даже дамп памяти, но такие радикальные действия нужны крайне редко.

Экспериментирования типа "а что будет, если изменить плюс на минус" - нужно избегать всеми силами. Обычно это не дает результатов, а только больше запутывает процесс отладки, да еще и добавляет новые ошибки.

Принципы исправления ошибок еще больше похожи на законы Мерфи:
Там, где найдена одна ошибка, возможно, есть и другие.
Вероятность, что ошибка найдена правильно, никогда не равна ста процентам.
Наша задача - найти саму ошибку, а не ее симптом.
Это утверждение хочется пояснить. Если программа упорно выдает результат 0,1 вместо эталонного нуля, простым округлением вопрос не решить. Если результат получается отрицательным вместо эталонного положительного, бесполезно брать его по модулю - мы получим вместо решения задачи ерунду с подгонкой.
Исправляя одну ошибку, очень легко внести в программу еще парочку. "Наведенные" ошибки - настоящий бич отладки.
Исправление ошибок зачастую вынуждает возвращаться на этап составления программы. Это неприятно, но порой неизбежно.

4. Методы отладки

Использование дампа (распечатки) памяти.

Это интересно с познавательной точки зрения: можно досконально разобраться в машинных процессах. Иногда такой подход даже необходим - например, когда речь идет о выделении и высвобождении памяти под динамические переменные с использованием недокументированных возможностей языка. Однако, в большинстве случаев мы получаем огромное количество низкоуровневой информации, разбираться с которой - не пожелаешь и врагу, а результативность поиска - исчезающе низка.

Использование отладочной печати в тексте программы - произвольно и в большом количестве.

Получать информацию о выполнении каждого оператора тоже небезынтересно. Но здесь мы снова сталкиваемся со слишком большими объемами информации. Кроме того, мы здорово захламляем программу добавочными операторами, получая малочитабельный текст, да еще рискуем внести десяток новых ошибок.

Использование автоматических средств отладки - трассировки с отслеживанием промежуточных значений переменых.

Пожалуй, это самый распространенный способ отладки. Не нужно только забывать, что это только один из способов, и применять всегда и везде только его - часто невыгодно.
Сложности возникают, когда приходится отслеживать слишком большие структуры данных или огромное их число. Еще проблематичнее трассировать проект, где выполнение каждой подпрограммы приводит к вызову пары десятков других. Но для небольших программ трассировки вполне достаточно.

С точки зрения "правильного" программирования силовые методы плохи тем, что не поощряют анализ задачи.

Суммируя свойства силовых методов, получаем практические советы :

использовать трассировку и отслеживание значений переменных для небольших проектов, отдельных подпрограмм;

использовать отладочную печать в небольших количества и "по делу";

оставить дамп памяти на самый крайний случай.

Метод индукции - анализ программы от частного к общему.

Просматриваем симптомы ошибки и определяем данные, которые имеют к ней хоть какое-то отношение. Затем, используя тесты, исключаем маловероятные гипотезы, пока не остается одна, которую мы пытаемся уточнить и доказать.

Метод дедукции - от общего к частному.

Выдвигаем гипотезу, которая может объяснить ошибку, пусть и не полностью. Затем при помощи тестов эта гипотеза проверяется и доказывается.

Обратное движение по алгоритму.

Отладка начинается там, где впервые встретился неправильный результат. Затем работа программы прослеживается (мысленно или при помощи тестов) в обратном порядке, пока не будет обнаружено место возможной ошибки.

Отладчик Visual Studio — очень эффективное средство. Прежде чем приступать к его использованию, следует ознакомиться с базовыми терминами, такими как отладчик, отладка и режим отладки. Когда позднее мы будем вести речь о поиске и устранении ошибок, мы будем иметь в виду то же самое.

Отладчик и отладка

Термин отладка может иметь разные значения, но в первую очередь он означает устранение ошибок в коде. Делается это по-разному. Например, отладка может выполняться путем проверки кода на наличие опечаток или с помощью анализатора кода. Код можно отлаживать с помощью профилировщика производительности. Кроме того, отладка может производиться посредством отладчика.

Отладчик — это узкоспециализированное средство разработки, которое присоединяется к работающему приложению и позволяет проверять код. В документации по отладке для Visual Studio именно это обычно подразумевается под отладкой.

Режим отладки и выполнение приложения

При первом запуске приложения в Visual Studio его можно запустить, нажав кнопку с зеленой стрелкой на панели инструментов (или клавишу F5). По умолчанию в раскрывающемся списке слева отображается элемент Отладка. Если вы не имеете опыта работы с Visual Studio, может показаться, что отладка приложения — это практически то же самое, что его запуск. На самом деле эти задачи хоть и связаны, но коренным образом различаются.

Значение Отладка соответствует конфигурации отладки. Когда вы запускаете приложение (нажимая зеленую стрелку или клавишу F5) в конфигурации отладки, оно запускается в режиме отладки. Это означает, что приложение запускается с присоединенным отладчиком. В результате вы получаете полный набор функций отладки, которые можно использовать для поиска ошибок в приложении.

Если у вас открыт проект, выберите в раскрывающемся списке Отладка элемент Выпуск.

При выборе этого параметра конфигурация отладки для проекта меняется на конфигурацию выпуска. Проекты Visual Studio имеют отдельные конфигурации выпуска и отладки для вашей программы. Производится построение отладочной версии для отладки и версии выпуска для окончательного выпуска программы. Сборка выпуска оптимизирована для обеспечения максимальной производительности, а отладочная сборка лучше подходит для отладки.

Когда следует использовать отладчик

Отладчик — важнейший инструмент для поиска и устранения ошибок в приложениях. Однако большое значение имеет контекст. Важно использовать все средства, имеющиеся в вашем распоряжении, чтобы быстро устранять ошибки. Зачастую лучшим "средством" являются правильные методики написания кода. Зная, когда лучше использовать отладчик, а когда — другие средства, вы также сможете более эффективно использовать отладчик.

Следующие шаги

Читайте также: