Синтаксические ошибки в программе устраняют в процессе
В программном обеспечении распространены ошибки. Их легко сделать, а найти сложно. В этой главе мы рассмотрим темы, связанные с поиском и устранением ошибок в наших программах на C++, включая изучение того, как использовать интегрированный отладчик, который является частью нашей IDE.
Хотя инструменты и методы отладки не входят в стандарт C++, умение находить и устранять ошибки в программах, которые вы пишете, является чрезвычайно важной частью успешной работы программиста. Поэтому мы уделим немного времени рассмотрению этих тем, чтобы по мере усложнения программ, которые вы пишете, ваша способность диагностировать и устранять проблемы развивалась с той же скоростью.
Если у вас есть опыт отладки программ на другом компилируемом языке программирования, многое из этого будет вам знакомо.
Синтаксические и семантические ошибки
Программирование может быть сложной задачей, и C++ – довольно необычный язык. Сложите эти две вещи вместе и получите множество способов сделать ошибку. Ошибки обычно делятся на две категории: синтаксические ошибки и семантические ошибки (логические ошибки).
Синтаксическая ошибка возникает, когда вы пишете инструкцию, недопустимую в соответствии с грамматикой языка C++. Сюда входят такие ошибки, как отсутствие точек с запятой, использование необъявленных переменных, несоответствие круглых или фигурных скобок и т.д. Например, следующая программа содержит довольно много синтаксических ошибок:
К счастью, компилятор обычно перехватывает синтаксические ошибки и генерирует предупреждения или ошибки, поэтому вы легко обнаружите и устраните проблему. Затем просто снова попробуйте скомпилировать программу, пока не избавитесь от всех ошибок.
После того, как ваша программа скомпилировалась правильно, может быть непросто добиться от нее желаемого результата. Семантическая ошибка возникает, когда оператор синтаксически правильный, но не выполняет то, что задумал программист.
Иногда это приводит к сбою программы, например, в случае деления на ноль:
Современные компиляторы стали лучше обнаруживать определенные типы распространенных семантических ошибок (например, использование неинициализированной переменной). Однако в большинстве случаев компилятор не сможет отловить большинство из этих типов проблем, потому что компилятор предназначен для обеспечения соблюдения грамматики, а не намерений.
В приведенных выше примерах ошибки довольно легко обнаружить. Но в большинстве нетривиальных программ, взглянув на код, семантические ошибки найти нелегко. Здесь могут пригодиться методы отладки.
Тесты по информатике 8 класс. Тема: "Объекты алгоритмов"
Правильный вариант ответа отмечен знаком +
1. Алгоритм решения задач не обладает свойством:
- полноты решения каждой задачи
- массовости выбираемых данных для решения
+ положительности входных и выходных данных
2. Алгоритм решения задач обладает свойством:
- случайности хода решения каждой задачи
+ массовости решаемых задач
- положительного решения каждой задачи
3. Алгоритм не обладает свойством:
- формализованной записи команд для решения задач
- массового применения ко всем решаемым задачам команд алгоритма
+ индивидуального подхода к решению каждой задачи
4. Любой цикл вида: for i:=1 to n do <тело цикла>; эквивалентен циклу вида:
+ i:=1; while (i£n) do begin <тело цикла>; i:=i+1 end;
- i:=1; while (i<n) do begin <тело цикла>; i:=i+1 end;
- while (i<n) do begin <тело цикла>; i:=i+1 end;
5. Алгоритм – это упорядоченная последовательность:
- однотипных команд решения большой задачи
- разнотипных команд решения всех задач рассматриваемого класса
+ команда для поиска решения каждой задачи из рассматриваемого класса
6. Алгоритмом можно считать:
- инструкцию на банке по завариванию кофе (цель – приготовить кофе)
- спуска по связанным простыням из окна (цель – выход из квартиры при пожаре)
+ расчета упреждения при стрельбе зенитки по вражескому самолету
7. Алгоритмом нельзя считать последовательность команд:
- рисования окружности на экране компьютера со случайно генерируемыми радиусом и координатами центра
- поиска максимального числа из 1000 чисел, вводимых случайно
+ последовательного уточнения поискового запроса по мере анализа результатов выдач
8. Алгоритм называется линейным (линейной структуры), если все его команды:
- выполняются хоть раз
- выполняются без пропусков любой команды
+ выполняются последовательно, без пропусков и возвратов
9. Алгоритм называется ветвящимся (условной структуры), если в нем есть хоть:
+ одна условная команда
тест 10. Алгоритм называется циклическим (циклической структуры), если в нем есть хоть:
+ одна команда цикла
- один цикл ввода данных;
- одно условие завершения алгоритма
11. Неверно, что алгоритм всегда:
- уменьшает время решения задачи с каждым его использованием
- улучшает точность решения задачи после каждого применения
+ улучшает понимание метода решения задач по мере его применения
12. Верно утверждение о любом алгоритме:
- алгоритм всегда снижает сложность восприятия результата
- алгоритм всегда уменьшает количество используемых данных
+ алгоритм всегда решает тот класс задач, для которых он составлен
13. Верно утверждение о любой программе:
- тесты к программе показывают корректность алгоритма
- тесты к программе разрабатывают после проверки корректности алгоритма
+ тесты к программе могут показать и некорректность алгоритма
14. Метод последовательного составления («сборки») алгоритма из более простых алгоритмов называется:
15. Проверка алгоритма на полном наборе примеров с известными (прогнозируемыми) решениями называется:
16. Неверно утверждение о структурном принципе разработке алгоритмов:
- принцип опирается на базовые алгоритмические конструкции
- принцип всегда оптимизирует время выполнения
+ принцип всегда облегчает понимание логики алгоритма
17. Логические ошибки (алгоритма) в программе устраняют в процессе:
18. Алгоритм всегда обладает свойством:
19. Синтаксическая ошибка – всегда ошибка:
- в логике алгоритма
тест-20. При решении задач неправильно:
+ данные и алгоритм разрабатывать независимо
- данные разрабатывать с учетом алгоритма
- алгоритм разрабатывать «под данные»
21. Алгоритмом можно считать:
- любую последовательность команд решения любой задачи
+ любой упорядоченный набор команд решения каждой задачи из класса
- корректный набор команд и данных, выбираемых случайно из заданных
22. Число тестов к любому алгоритму:
+ определяется методом решения задачи
23. Минимально достаточен набор тестов к алгоритму поиска всех действительных корней полного квадратного уравнения в количестве:
Освоить работу с встроенным отладчиком, изучить категории ошибок, способы их обнаружения и устранения.
Тестирование и отладка программы
Чем больше опыта имеет программист, тем меньше ошибок в коде он совершает. Но, хотите верьте, хотите нет, даже самый опытный программист всё же допускает ошибки. И любая современная среда разработки программ должна иметь собственные инструменты для отладки приложений, а также для своевременного обнаружения и исправления возможных ошибок. Программные ошибки на программистском сленге называют багами (англ. bug - жук), а программы отладки кода - дебаггерами (англ. debugger - отладчик). Lazarus, как современная среда разработки приложений, имеет собственный встроенный отладчик, работу с которым мы разберем на этой лекции.
Ошибки, которые может допустить программист, условно делятся на три группы:
- Синтаксические
- Времени выполнения (run-time errors)
- Алгоритмические
Синтаксические ошибки
Рис. 27.1. Найденная компилятором синтаксическая ошибка - нет объявления переменной i
Подобные ошибки могут возникнуть при неправильном написании директивы или имени функции (процедуры); при попытке обратиться к переменной или константе, которую не объявляли ( рис. 27.1); при попытке вызвать функцию (процедуру, переменную, константу) из модуля, который не был подключен в разделе uses ; при других аналогичных недосмотрах программиста.
Ошибки времени выполнения
Ошибка времени выполнения может возникнуть не только при загрузке программы, но и во время её работы. Например, если бы попытка чтения несуществующего файла была сделана не при загрузке программы, а при нажатии на кнопку, то программа бы нормально запустилась и работала, пока пользователь не нажмет на эту кнопку.
В данном примере программист допустил типичную для начинающих ошибку - не освободил класс TStringList . Это не приведет к сбою или аварийному завершению программы, но в итоге можно бесполезно израсходовать очень много памяти. Конечно, эта память будет освобождена после выгрузки программы (за этим следит операционная система ), но утечка памяти во время выполнения программы тоже может привести к неприятным последствиям, потребляя все больше и больше ресурсов и излишне нагружая процессор . В подобных случаях после работы с объектом программисту нужно не забывать освобождать память :
Однако ошибки времени выполнения могут случиться и во время работы с объектом. Если есть такой риск, программист должен не забывать про возможность обработки исключительных ситуаций. В данном случае вышеприведенный код правильней будет оформить таким образом:
Итак, во избежание ошибок времени выполнения программист должен не забывать делать проверку на правильность ввода пользователем допустимых значений, заключать опасный код в блоки try…finally…end или try…except…end , делать проверку на существование открываемого файла функцией FileExists и вообще соблюдать предусмотрительность во всех слабых местах программы. Не полагайтесь на пользователя, ведь недаром говорят, что если в программе можно допустить ошибку, пользователь эту возможность непременно найдет.
Алгоритмические ошибки
Если вы не допустили ни синтаксических ошибок, ни ошибок времени выполнения, программа скомпилировалась, запустилась и работает нормально, то это еще не означает, что в программе нет ошибок. Убедиться в этом можно только в процессе её тестирования.
Тестирование - процесс проверки работоспособности программы путем ввода в неё различных, даже намеренно ошибочных данных, и последующей контрольной проверке выводимого результата.Если программа работает правильно с одними наборами исходных данных, и неправильно с другими, то это свидетельствует о наличии алгоритмической ошибки. Алгоритмические ошибки иногда называют логическими, обычно они связаны с неверной реализацией алгоритма программы: вместо "+" ошибочно поставили "-", вместо "/" - "*", вместо деления значения на 0,01 разделили на 0,001 и т.п. Такие ошибки обычно не обнаруживаются во время компиляции , программа нормально запускается, работает, а при анализе выводимого результата выясняется, что он неверный. При этом компилятор не укажет программисту на ошибку - чтобы найти и устранить её, приходится анализировать код, пошагово "прокручивать" его выполнение, следя за результатом. Такой процесс называется отладкой.
В предыдущей части мы рассмотрели исходный код и его составляющие.
После того, как вы начнете проверять фрагменты кода или попытаетесь решить связанные с ним проблемы, вы очень скоро поймете, что существуют моменты, когда программа крашится, прерывается и прекращает работу.
Это часто вызвано ошибками, известными как дефекты или исключительные ситуации во время выполнения. Акт обнаружения и удаления ошибок из нашего кода – это отладка программы. Вы лучше разберетесь в отладке на практике, используя ее как можно чаще. Мы не только отлаживаем собственный код, но и порой дебажим написанное другими программистами.
Для начала необходимо рассортировать общие ошибки, которые могут возникнуть в исходном коде.
Синтаксические ошибки
Эти эрроры не позволяют скомпилировать исходный код на компилируемых языках программирования. Они обнаруживаются во время компиляции или интерпретации исходного кода. Они также могут быть легко обнаружены статическими анализаторами (линтами). Подробнее о линтах мы узнаем немного позже.
Синтаксические ошибки в основном вызваны нарушением ожидаемой формы или структуры языка, на котором пишется программа. Как пример, это может быть отсутствующая закрывающая скобка в уравнении.
Семантические ошибки
Отладка программы может потребоваться и по причине семантических ошибок, также известных как логические. Они являются наиболее сложными из всех, потому что не могут быть легко обнаружены. Признак того, что существует семантическая ошибка, – это когда программа запускается, отрабатывает, но не дает желаемого результата.
Рассмотрим данный пример:
По порядку приоритета, называемому старшинством операции, с учетом математических правил мы ожидаем, что сначала будет оценена часть умножения, и окончательный результат будет равен 33. Если программист хотел, чтобы сначала происходило добавление двух чисел, следовало поступить иначе. Для этого используются круглые скобки, которые отвечают за смещение приоритетов в математической формуле. Исправленный пример должен выглядеть так:
3 + 5, заключенные в скобки, дадут желаемый результат, а именно 48.
Ошибки в процессе выполнения
Как и семантические, ошибки во время выполнения никогда не обнаруживаются при компиляции. В отличие от семантических ошибок, эти прерывают программу и препятствуют ее дальнейшему выполнению. Они обычно вызваны неожиданным результатом некоторых вычислений в исходном коде.
Вот хороший пример:
Фрагмент кода выше будет скомпилирован успешно, но input 25 приведет к ZeroDivisionError. Это ошибка во время выполнения. Другим популярным примером является StackOverflowError или IndexOutofBoundError. Важно то, что вы идентифицируете эти ошибки и узнаете, как с ними бороться.
Существуют ошибки, связанные с тем, как ваш исходный код использует память и пространство на платформе или в среде, в которой он запущен. Они также являются ошибками во время выполнения. Такие ошибки, как OutOfMemoryErrorand и HeapError обычно вызваны тем, что ваш исходный код использует слишком много ресурсов. Хорошее знание алгоритмов поможет написать код, который лучше использует ресурсы. В этом и заключается отладка программы.
Процесс перезаписи кода для повышения производительности называется оптимизацией. Менее популярное наименование процесса – рефакторинг. Поскольку вы тратите больше времени на кодинг, то должны иметь это в виду.
Отладка программы
Вот несколько советов о том, как правильно выполнять отладку:
- Использовать Linters. Linters – это инструменты, которые помогают считывать исходный код, чтобы проверить, соответствует ли он ожидаемому стандарту на выбранном языке программирования. Существуют линты для многих языков.
- Превалирование IDE над простыми редакторами. Вы можете выбрать IDE, разработанную для языка, который изучаете. IDE – это интегрированные среды разработки. Они созданы для написания, отладки, компиляции и запуска кода. Jetbrains создают отличные IDE, такие как Webstorm и IntelliJ. Также есть NetBeans, Komodo, Qt, Android Studio, XCode (поставляется с Mac), etc.
- Чтение кода вслух. Это полезно, когда вы ищете семантическую ошибку. Читая свой код вслух, есть большая вероятность, что вы зачитаете и ошибку.
- Чтение логов. Когда компилятор отмечает Error, обязательно посмотрите, где он находится.
Двигаемся дальше
Поздравляем! Слово «ошибка» уже привычно для вас, равно как и «отладка программы». В качестве новичка вы можете изучать кодинг по книгам, онлайн-урокам или видео. И даже чужой код вам теперь не страшен :)
В процессе кодинга измените что-нибудь, чтобы понять, как он работает. Но будьте уверены в том, что сами написали.
Читайте также: