Отладка программы точки обнаружения и происхождения ошибок
Независимо от обстоятельств код, создаваемый разработчиками программного обеспечения, далеко не всегда работает так, как задумано. В некоторых случаях все идет совершенно не по плану! В подобных ситуациях необходимо выяснить, почему так происходит. При этом вместо многочасового изучения кода в поисках ошибок гораздо проще и эффективнее будет использовать средство отладки (отладчик).
К сожалению, отладчик не является той волшебной палочкой, по мановению которой будут выявлены абсолютно все проблемы в коде. Процесс отладки подразумевает пошаговое выполнение кода в средстве отладки (например, в Visual Studio) в поисках точки, в которой вы допустили ошибку при написании программы. Таким образом, вы получите возможность проанализировать код и внести в него необходимые исправления. При этом средства отладки часто допускают внесение временных изменений, благодаря чему вы можете продолжать выполнение программы.
Эффективное использование отладчика также требует определенных навыков, которые вырабатываются только с практикой, однако умение работать с ним является основополагающим требованием к любому разработчику программного обеспечения. В этой статье мы познакомим вас с основными принципами отладки и поделимся рекомендациями о том, с чего можно начать.
Проанализируйте проблему, задавая себе правильные вопросы
Это поможет вам выяснить, в чем состоит проблема, прежде чем приступать к ее решению. Мы полагаем, что вы уже сталкивались с проблемами в коде, иначе вряд ли читали бы сейчас эту статью в поисках советов по его отладке! Итак, прежде чем начать отладку, проанализируйте проблему, которую вы пытаетесь решить:
Что именно должен был выполнить код?
Что произошло вместо этого?
Если во время выполнения приложения вы столкнулись с ошибкой или исключением, это может быть хорошим признаком! Исключение возникает в том случае, если при выполнении кода происходит непредвиденное событие (как правило, это ошибка какого-либо рода). С помощью средства отладки вы можете перейти точно к тому месту в коде, где возникло исключение, и исследовать возможные способы исправления ситуации.
Если произошло что-то еще, каковы признаки проблемы? Есть ли у вас предположения относительно того, в каком месте кода возникла проблема? Например, если код должен выводить какой-то текст, но при этом текст содержит ошибки, вы можете сделать вывод, что в этом случае используются неверные данные или код вывода текста содержит ошибки другого рода. При пошаговом выполнении кода в отладчике вы можете изучить каждое изменение переменных и точно определить, когда и каким образом были присвоены неверные значения.
Проверьте свои предположения
Прежде чем исследовать причины возникновения ошибки, проверьте предположения, на основании которых вы ожидаете тот или иной результат. Скрытые или неизвестные предположения могут помешать выявлению проблемы, даже если вы изучаете непосредственно место ее возникновения в отладчике. Перечень возможных предположений может быть достаточно большим. Чтобы проверить их, задайте себе несколько вопросов.
Используете ли вы нужный API (то есть соответствующие объект, функцию, метод или свойство)? Возможно, используемый вами API работает не так, как вы ожидаете. (После проверки вызова API в отладчике для исправления проблемы и выявления нужного API вам может потребоваться обратиться к документации.)
Правильно ли вы используете API? Даже если вы выбрали нужный API, он может использоваться неправильно.
Нет ли в вашем коде опечаток? Некоторые опечатки, например ошибки в написании имени переменной, могут быть незаметными, особенно при работе с языками, в которых не требуется объявление переменных перед их использованием.
Вносили ли вы изменения в код и могут ли они быть связаны с возникшей проблемой?
Должны ли объект или переменная содержать определенное значение (или определенный тип значения) и соответствует ли это действительности?
Известно ли назначение кода? Как правило, отладка кода, написанного другим разработчиком, дается гораздо сложнее. Если это не ваш код, возможно, для его эффективной отладки вам потребуется изучить, что он делает.
При написании кода старайтесь начинать с небольших и гарантированно работающих фрагментов! (В этом вам может помочь хороший пример кода.) В некоторых случаях для исправления большого сложного фрагмента кода можно начать с маленького сегмента, демонстрирующего основную задачу, которую требуется выполнить. Затем вы можете последовательно изменять или добавлять код в поисках точки возникновения ошибки.
Анализируя собственные предположения, вы можете сократить время, необходимое на поиск проблем в коде. Кроме того, вы можете ускорить решение самих проблем.
Используйте режим пошагового выполнения во время отладки для поиска места возникновения проблемы.
При выполнении приложения в отладчике (в так называемом режиме отладки) осуществляется активный мониторинг всего, что происходит во время работы программы. Кроме того, вы можете в любой точке приостановить работу приложения, исследовать его состояние и при необходимости перейти в режим пошагового выполнения, чтобы изучить необходимые строки кода более детально.
Чтобы перейти в режим отладки в Visual Studio, необходимо нажать клавишу F5 (также вы можете выбрать пункт меню Отладка > Начать отладку или нажать кнопку Начать отладку в панели инструментов "Отладка"). Если возникает исключение, помощник по исправлению ошибок Visual Studio направит вас к точке его появления и предоставит другую необходимую информацию. См. дополнительные сведения об обработке исключений в коде в разделе Приемы и инструменты отладки.
Если исключение не возникает, возможно, вам следует проанализировать определенные места в коде, которые могут являться источником проблемы. На этом этапе следует использовать точки останова в отладчике, благодаря которым вы сможете исследовать код более внимательно. Точки останова — это один из самых простых и важных компонентов надежной отладки. Точка останова указывает, где Visual Studio следует приостановить выполнение кода, чтобы вы могли проверить значения переменных, поведение памяти или последовательность выполнения кода.
Чтобы задать точку останова в Visual Studio, достаточно щелкнуть в левом поле рядом с интересующей вас строкой кода. Также для этого можно поместить указатель мыши в нужную строку и нажать клавишу F9.
Создание образца приложения с ошибками
Сейчас мы создадим приложение, которое содержит некоторые ошибки.
Установите Visual Studio бесплатно со страницы скачиваемых материалов Visual Studio, если еще не сделали этого.
Запустите Visual Studio.
Visual Studio создаст консольный проект и откроет его в обозревателе решений (правая область).
Этот код выводит список, содержащий название галактики, расстояние до нее, а также тип галактики. При отладке важно учитывать предназначение кода. Ниже показан формат одной строки списка, который должен выводить код.
название галактики, расстояние, тип галактики.
Запуск приложения
Нажмите клавишу F5 или кнопку Начать отладку на панели инструментов "Отладка", которая расположена над редактором кода.
По результатам запуска приложения отладчик не демонстрирует никаких исключений. Тем не менее данные, выводимые в окно консоли, не соответствуют ожиданиям. Вот, что мы должны были увидеть.
Вместо этого выводятся следующие данные.
Проанализировав выходные данные и код, мы можем сделать вывод, что в классе GType содержится тип галактики. Нам необходимо выводить на экран тип галактики (например, Spiral), а не название класса.
Отладка приложения
Во время выполнения приложения щелкните в левом поле рядом с вызовом метода Console.WriteLine , чтобы задать точку останова в этой строке кода.
В месте установки точки останова в левом поле появится красный круг.
Поскольку возникшая проблема связана с выходными данными, необходимо начать отладку с проверки кода, который выполняется перед установкой выходных данных.
Выполнение приложения приостановится в заданной точке останова. Место приостановки отладчика будет выделено желтым цветом (при этом желтая строка кода на этот момент не выполнена).
Наведите указатель мыши на переменную GalaxyType справа. После этого разверните theGalaxy.GalaxyType слева от значка гаечного ключа. Как вы можете видеть, GalaxyType содержит свойство MyGType , которому присваивается значение Spiral .
Во время отладки этого же кода установите указатель мыши в конец элемента theGalaxy.GalaxyType и измените его на theGalaxy.GalaxyType.MyGType . Несмотря на допустимость такого изменения, в редакторе кода отображается ошибка, свидетельствующая о невозможности выполнить компиляцию. (В Visual Basic этой ошибки не возникнет, и этот раздел кода будет работать)
Чтобы выполнить отладку примера кода Visual Basic, пропустите несколько следующих шагов до инструкции, по которой нужно щелкнуть Перезапустить .
Анализируя код, в котором задается тип галактики, вы можете увидеть, что свойство GalaxyType класса Galaxy задается как object вместо GType .
Измените предшествующий код на следующий.
Когда отладчик приостановит выполнение на строке Console.WriteLine , вы можете навести указатель мыши на theGalaxy.GalaxyType.MyGType и убедиться, что значение задано правильно.
Удалите точку останова, щелкнув ее кружок в левом поле (также для этого можно выбрать команду Точка останова > Удалить точку останова). После этого нажмите клавишу F5 для продолжения.
Приложение запускается и отображает выходные данные. Теперь все работает правильно, однако вы можете заметить еще одну неточность. Для галактики Small Magellanic Cloud, которая имеет тип Irregular, в консоли не выводится никакой тип.
Установите точку останова в этой строке кода перед инструкцией switch (перед инструкцией Select в Visual Basic).
Здесь задается тип галактики, поэтому нам необходимо изучить эту строку более пристально.
Отладчик приостановит работу в строке кода, где вы задали точку останова.
Наведите указатель мыши на переменную type . Отображается значение S (после кода символа). Вас интересует значение I , поскольку эта галактика должна иметь тип Irregular.
Нажмите клавишу F5 и снова наведите указатель мыши на переменную type . Повторяйте этот шаг, пока в переменной type не появится значение I .
Нажмите клавишу F11 (выберите Отладка > Шаг с заходом или нажмите кнопку Шаг с заходом в панели инструментов "Отладка").
При нажатии клавиши F11 отладчик переходит на одну инструкцию вперед и выполняет соответствующий код. Клавиша F10 (Шаг с обходом) имеет схожую функцию и также полезна при работе с отладчиком.
Нажимайте клавишу F11 до тех пор, пока вы не остановитесь в строке кода с инструкцией switch для значения "I" (инструкция Select для Visual Basic). Здесь вы увидите очевидную ошибку, связанную с опечаткой. Вы ожидали, что код будет выполнен дальше до места, где для MyGType задается тип галактики Irregular, однако вместо этого отладчик полностью пропускает этот код и приостанавливает работу в разделе default инструкции switch (инструкция Else для Visual Basic).
Взглянув на код, вы заметите опечатку в инструкции case 'l' . Вместо этого она должна иметь вид case 'I' .
Щелкните код case 'l' и замените его на case 'I' .
Удалите точку останова и нажмите кнопку Перезапустить, чтобы запустить приложение снова.
Теперь все ошибки исправлены и приложение выдает ожидаемые результаты.
Нажмите любую клавишу, чтобы завершить работу приложения.
Сводка
Если вы сталкиваетесь с проблемой, воспользуйтесь отладчиком и командами пошагового выполнения, такими как F10 и F11, для поиска области кода, в которой возникают ошибки.
Выявив проблемную область кода, используйте отладчик для ее детального анализа. Чтобы определить причину возникновения проблемы, проверьте код во время выполнения приложения в отладчике.
Проверьте переменные и убедитесь, что они содержат значения того типа, который вы ожидаете. Если переменная содержит недопустимое значение, найдите, где оно было задано. Для этого может потребоваться перезапустить отладчик, проверить стек вызовов или выполнить одновременно оба этих действия.
Проверьте, выполняет ли ваше приложение код, который вы ожидаете. (Так, в примере приложения должна была выполняться инструкция switch, устанавливающая тип галактики Irregular, однако нужный код был пропущен из-за опечатки.)
Отладчик представляет собой эффективное средства для выявления ошибок. Средство отладки может искать ошибки вместо вас в том случае, если ему известно предназначение кода. Для этого вы должны указать предназначение. Этого можно добиться с помощью модульных тестов.
Следующие шаги
Из этой статьи вы узнали общие принципы отладки приложений. Теперь вы можете приступить к изучению других возможностей отладчика.
Главная / Лекции / Технология разработки программных продуктов
- Отсутствие заданий начальных значений переменных.
- Неверные условия окончания цикла.
- Неверную индексацию цикла.
- Отсутствие задания условий инициирования цикла.
- Неправильное указание ветви алгоритма для продолжения процесса решения задачи.
- ошибки из-за недостаточного знания или понимания программистом языка программирования или самой машины
- ошибки, допущенные при программировании алгоритма, когда команды, используемые в программе, не обеспечивают последовательности событий, установленной алгоритмом.
- Пропуск некоторых операторов.
- Отсутствие необходимых данных.
- Непредусмотренные данные.
- Неверный формат данных.
- неверная синтаксическая конструкция программы
- программа выдает неверные результаты
- пропуск необходимого знака пунктуации
- несогласованность скобок
- пропуск нужных скобок
- неправильное формирование оператора
- неверное образование имени переменной
- неправильное использование арифметических операторов
- неверное написание зарезервированных слов
- Противоречивые команды.
- Отсутствие условий окончания цикла.
- Дублирование или отсутствие меток.
- Отсутствие описания массива.
- Запрещенный переход.
- Если ошибок много, то в первую очередь устранить очевидные.
- Обратиться к руководству по программированию на данном языке (справка).
- Выбрать хороший отладочный компилятор.
- Присваивание.
- Ввод.
- Чтение из файла.
3.2. Обнаружение ошибок.
3.3. Методы отладки.
- Отладка в соответствии с общим предложением "расставить операторы печати по всей программе"
Недостатки:- расстановка операторов печати заставляет программиста работать методом проб и ошибок
- в процессе отладки придется протестировать большое число данных
- требуется изменять программу при отладке. Эти изменения могут скрыть ошибку или внести новую
- стоимость использования методов данной категории для больших программ или систем может быть слишком высокой
- Отладка с использованием автоматических средств
Достоинства:- не нужно вносить изменения в программу
- Метод индукции.
Индукция - это анализ от частного к целому. Просматривая симптомы ошибки, установленные одним или несколькими тестами и взаимосвязи между ними, можно обнаружить причину ошибки. - Метод дедукции.
Данный метод позволяет на основе некоторых общих теорий или предпосылок, используя операторы исключения или уточнения, прийти к определенному заключению (обнаружить место ошибки). Чтобы сделать заключение мы должны просмотреть всю имеющуюся в нашем распоряжении информацию: все результаты всех тестов обо всех ошибках. Выдвинутые гипотезы поочередно исключаются из рассмотрения. - Прослеживание логики в обратном порядке.
Метод локализации для небольших ошибок. Отладка начинается в точке программы, где был обнаружен некоторый результат. Для этой точки на основании полученного результата следует установить, какими должны быть значения переменных. Мысленно выполняя из данной точки программы в обратном порядке и опять рассуждая примерно так: "Если бы в этой точке состояние программы было таким, то в другой точке должно быть следующее состояние", можно достаточно быстро и точно локализовать ошибку, т.е. найти место в программе между точкой, где состояние программы соответствовало ожидаемому и точкой, в которой состояние программы отличалось от ожидаемого.
- Трассировку программ
- Просмотр изменения значений контролируемых переменных и выражений в процессе трассировки
- Модификацию значений переменных для тестирования программы
- Просмотр значений фактических параметров, вызванных подпрограмм
- Работу с точками прерывания.
- Просмотр выходной информации
- Команду Debug/Add Watch (Ctrl+F7)
- При активном окне Watches можно использовать клавиши Insert для добавления выражения и Del - для удаления.
Пример:
A[10], 5 - начиная с 10-го выведет 5 элементов
Изменение переменных в процессе выполнения программы.
По команде Debug/Evaluate/Modify (Ctrl+F4) на экране разворачивается дополнительное окно, содержащее три поля и 4 кнопки. Чтобы изменить значение переменной надо перейти в окно New Value и внести исправления, затем нажать кнопку Modify. В поле Result появится новое значение переменной. Модифицировать можно только значения переменных.
В окно Expression можно ввести имя любой переменной программы или любое допустимое выражение, которое надо вычислить. Выражение строится в соответствии с синтаксисом языка Pascal.
Работа с процедурами и функциями.
При каждом вызове подпрограммы Pascal запоминает вызов и передаваемые подпрограммой фактические параметры в стеке вызова. Каждый раз во время очередного останова программы, при ее трассировке, можно запросить текущий стек вызова с помощью команды Debug/Call Stack (Ctrl+F3).
Задать/отключить точку останова - Ctrl+F8.
-
Отдельные программы следует тестировать сразу после их написания, чтобы убедиться, что каждая из них удовлетворяет своей спецификации.
Для разработки тестов на данном этапе применяется метод "ситуация-эффект".
Под ситуацией понимают условие или совокупность условий, а под эффектом - действия, которые должна выполнить программа при выполнении этого условия.
Задача: программа получает на входе 3 значения, воспринимает их как стороны треугольника и выводит его вид.
- Сложность программ
- Возможны отклонения от правильного понимания спецификации программы.
- Пользователь может вносить изменения в постановку задачи.
- Метод "черного ящика". Основан на принципе "вход-выход". Программе подаются некоторые данные на вход и проверяются результаты, в надежде найти несоответствия. При этом как именно работает программа считается несущественным. При таком подходе необходимо иметь спецификацию программы для того, чтобы было с чем сравнивать результаты.
- Метод "белого ящика". В этом методе тестовые данные получают путем анализа логики программы.
- Выделяют классы эквивалентности.
- Строят тесты.
- правильные (представляющие правильные входные данные)
- неправильные (ошибочные входные данные)
- если входное условие описывает область значений, то определяется один правильный класс и 2 неправильных.
- если входное условие описывает множество входных значений, каждый из которых программа трактует особо, то определяется правильный класс эквивалентности для каждого значения и один неправильный класс.
- если входное условие описывает ситуацию "должна быть", то определяется 1 правильный и 1 неправильный классы.
- если есть основание считать, что различные элементы класса эквивалентности трактуются программой неодинаково, то данный класс разбивается на меньшие классы.
- Назначение каждому классу эквивалентности уникального №
- Проектирование новых тестов, каждый из которых покрывает как можно большее количество неоткрытых правильных классов.
- Запись тестов, каждый из которых покрывает 1 и только 1 из непокрытых неправильных классов.
- В качестве некоторых тестовых данных используют экстремальные значения. Например, если целая величина должна находиться в диапазоне от a до b, то следует проверить: a-1, a, a+1, b-1, b, b+1.
- Используют специальные значения. К ним относятся: константы, 0, 1, пустая строка, пустой файл, строка из одного символа и т.д.
- Для циклов, организованных с помощью оператора Do, выбрать значения, при которых цикл выполняется 0, 1 и максимальное число раз.
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.
Отладка, или debugging, — это поиск (локализация), анализ и устранение ошибок в программном обеспечении, которые были найдены во время тестирования.
Виды ошибок
Ошибки компиляции
Это простые ошибки, которые в компилируемых языках программирования выявляет компилятор (программа, которая преобразует текст на языке программирования в набор машинных кодов). Если компилятор показывает несколько ошибок, отладку кода начинают с исправления самой первой, так как она может быть причиной других.
В интерпретируемых языках (например Python) текст программы команда за командой переводится в машинный код и сразу исполняется. К моменту обнаружения ошибки часть программы уже может исполниться.
Ошибки компоновки
Ошибки связаны с разрешением внешних ссылок. Выявляет компоновщик (редактор связей) при объединении модулей программы. Простой пример — ситуация, когда требуется обращение к подпрограмме другого модуля, но при компоновке она не найдена. Ошибки также просто найти и устранить.
Ошибки выполнения (RUNTIME Error)
Ошибки, которые обнаруживают операционная система, аппаратные средства или пользователи при выполнении программы. Они считаются непредсказуемыми и проявляются после успешной компиляции и компоновки. Можно выделить четыре вида проявления таких ошибок:
Ошибки выполнения можно разделить на три большие группы.
Ошибки определения данных или неверное определение исходных данных. Они могут появиться во время выполнения операций ввода-вывода.
К ним относятся:
- ошибки преобразования;
- ошибки данных;
- ошибки перезаписи.
Как правило, использование специальных технических средств для отладки (API-логгеров, логов операционной системы, профилировщиков и пр.) и программирование с защитой от ошибок помогает обнаружить и решить лишь часть из них.
Логические ошибки. Они могут возникать из ошибок, которые были допущены при выборе методов, разработке алгоритмов, определении структуры данных, кодировании модуля.
В эту группу входят:
- ошибки некорректного использования переменных. Сюда относятся неправильный выбор типов данных, использование индексов, выходящих за пределы определения массивов, использование переменных до присвоения переменной начального значения, нарушения соответствия типов данных;
- ошибки вычислений. Это некорректная работа с переменными, неправильное преобразование типов данных в процессе вычислений;
- ошибки взаимодействия модулей или межмодульного интерфейса. Это нарушение типов и последовательности при передаче параметров, области действия локальных и глобальных переменных, несоблюдение единства единиц измерения формальных и фактических параметров;
- неправильная реализация логики при программировании.
Ошибки накопления погрешностей. Могут возникать при неправильном округлении, игнорировании ограничений разрядной сетки, использовании приближенных методов вычислений и т.д.
Веб-разработчик с нуля
Освойте веб-разработку за 12 месяце и делайте сайты и приложения любой сложности.
Методы отладки программного обеспечения
Метод ручного тестирования
Отладка программы заключается в тестировании вручную с помощью тестового набора, при работе с которым была допущена ошибка. Несмотря на эффективность, метод не получится использовать для больших программ или программ со сложными вычислениями. Ручное тестирование применяется как составная часть других методов отладки.
Метод индукции
Вот как выглядит процесс:
Важно, чтобы выдвинутая гипотеза объясняла все проявления ошибки. Если объясняется только их часть, то либо гипотеза неверна, либо ошибок несколько.
Метод дедукции
Сначала специалисты предлагают множество причин, по которым могла возникнуть ошибка. Затем анализируют их, исключают противоречащие имеющимся данным. Если все причины были исключены, проводят дополнительное тестирование. В обратном случае наиболее вероятную причину пытаются доказать.
Метод обратного прослеживания
Эффективен для небольших программ. Начинается с точки вывода неправильного результата. Для точки выдвигается гипотеза о значениях основных переменных, которые могли привести к ошибке. Далее на основании этой гипотезы строятся предположения о значениях переменных в предыдущей точке. Процесс продолжается до момента, пока не найдут ошибку.
Как выполняется отладка в современных IDE
Ранние отладчики, например gdb, представляли собой отдельные программы с интерфейсами командной строки. Более поздние, например первые версии Turbo Debugger, были автономными, но имели собственный графический интерфейс для облегчения работы. Сейчас большинство IDE имеют встроенный отладчик. Он использует такой же интерфейс, как и редактор кода, поэтому можно выполнять отладку в той же среде, которая используется для написания кода.
Отладчик позволяет разработчику контролировать выполнение и проверять (или изменять) состояние программ. Например, можно использовать отладчик для построчного выполнения программы, проверяя по ходу значения переменных. Сравнение фактических и ожидаемых значений переменных или наблюдение за ходом выполнения кода может помочь в отслеживании логических (семантических) ошибок.
Пошаговое выполнение — это набор связанных функций отладчика, позволяющих поэтапно выполнять код.
Шаг с заходом (step into)
Команда выполняет очередную инструкцию, а потом приостанавливает процесс, чтобы с помощью отладчика было можно проверить состояние программы. Если в выполняемом операторе есть вызов функции, step into заставляет программу переходить в начало вызываемой функции, где она приостанавливается.
Шаг с обходом (step over)
Команда также выполняет очередную инструкцию. Однако когда step into будет входить в вызовы функций и выполнять их строка за строкой, step over выполнит всю функцию, не останавливаясь, и вернет управление после ее выполнения. Команда step over позволяет пропустить функции, если разработчик уверен, что они уже исправлены, или не заинтересован в их отладке в данный момент.
Шаг с выходом (step out)
В отличие от step into и step over, step out выполняет не следующую строку кода, а весь оставшийся код функции, исполняемой в настоящее время. После возврата из функции он возвращает управление разработчику. Эта команда полезна, когда специалист случайно вошел в функцию, которую не нужно отлаживать.
Как правило, при пошаговом выполнении можно идти только вперед. Поэтому легко перешагнуть место, которое нужно проверить. Если это произошло, необходимо перезапустить отладку.
У некоторых отладчиков (таких как GDB 7.0, Visual Studio Enterprise Edition 15.5 и более поздних версий) есть возможность вернуться на шаг назад. Это полезно, если пропущена цель либо нужно повторно проверить выполненную инструкцию.
Веб-разработчик с нуля
За 12 месяцев вы освоите базовую верстку, frontend и backend. В конце обучения у вас будет готовое портфолио из проектов.
Visual Studio включает эффективный интегрированный набор средств сборки и отладки проектов. Из этой статьи вы узнаете, как Visual Studio может помочь обнаружить проблемы в коде с помощью построения выходных данных, анализа кода, средств отладки и модульных тестов.
Мы разобрались, как работать с редактором, и написали код. Теперь необходимо убедиться, что код работает должным образом. Отладка в Visual Studio, как и в большинстве интегрированных сред разработки (IDE), осуществляется в два этапа: построение кода для обнаружения и устранения ошибок проекта и компилятора и выполнение кода для обнаружения ошибок времени выполнения и динамических ошибок.
Сборка кода
Существует два основных типа конфигурации сборки: отладка и выпуск. При использовании конфигурации отладка создается более крупный и медленный исполняемый файл, обеспечивающий более широкие интерактивные возможности отладки во время выполнения. Исполняемый файл конфигурации отладка никогда не следует отправлять. Конфигурация выпуск позволяет создать более быстрый оптимизированный исполняемый файл, подходящий для отправки (по крайней мере с точки зрения компилятора). По умолчанию используется конфигурация Отладка.
Самый простой способ выполнить сборку проекта — нажать клавишу F7, однако вы также можете начать сборку, выбрав в главном меню пункты Сборка > Собрать решение.
Процесс сборки можно наблюдать в окне Вывод в нижней части пользовательского интерфейса Visual Studio. Здесь отображаются ошибки, предупреждения и операции сборки. При наличии ошибок (или предупреждений выше заданного уровня) сборка завершится ошибкой. Можно щелкнуть ошибку и предупреждение, чтобы перейти к строке, где они возникли. Для перестроения проекта можно нажать клавишу F7 (чтобы перекомпилировать только файлы с ошибками) или CTRL+ALT+F7 (для чистого полного перестроения).
После успешного выполнения построения вы увидите примерно следующие результаты в окне Вывод:
Просмотр списка ошибок
Если вы внесли какие-либо изменения в код, который был ранее и успешно скомпилирован, возможно, возникнет ошибка. Если вы новичок в написании кода, возможно, их будет много. Ошибки иногда очевидны, например простая синтаксическая ошибка или неправильное имя переменной, а иногда их причину трудно выяснить, имея в распоряжении только зашифрованный код. Чтобы получить более четкое представление о проблеме, перейдите вниз окна Вывод сборки и щелкните вкладку Список ошибок. При этом вы перейдете к более организованному представлению ошибок и предупреждений для проекта и получите доступ к некоторым дополнительным параметрам.
Щелкните строку ошибки в окне Список ошибок, чтобы перейти в строку кода, в которой возникла ошибка. (Кроме того, номера строк можно включить, нажав клавиши Ctrl+Q, введя номера строк, а затем выбрав Включить или отключить отображение номеров строк в результатах. Это самый быстрый способ перехода в диалоговое окно Параметры, где можно включить номера строк.
Нажмите клавиши CTRL+G для быстрого перехода к номеру строки, в которой возникла ошибка.
Ошибку можно узнать по подчеркиванию красной волнистой линией Чтобы получить дополнительные сведения, наведите на нее указатель мыши. Внесите исправления, и подчеркивание исчезнет, хотя в результате исправления может возникнуть новая ошибка (это называется "регрессия").
Пройдите список ошибок и устраните все ошибки в коде.
Просмотр подробных сведений об ошибках
Многие ошибки трудны для восприятия, будучи представленными в терминах компилятора. В этом случае могут потребоваться дополнительные сведения. Из окна Список ошибок можно выполнить автоматический поиск в поисковой системе Bing для получения дополнительных сведений об ошибке или предупреждении. Щелкните правой кнопкой мыши по соответствующей строке записи и выберите Показать справочные сведения об ошибке из контекстного меню или щелкните гиперссылку с кодом ошибки в столбце код в списке ошибок.
В зависимости от настроек результаты поиска по коду и описанию ошибки откроются в веб-браузере либо во вкладке Visual Studio с результатами поиска Bing. Представленные результаты — из различных источников в Интернете, и, возможно, не все они будут полезными.
Анализ кода
Средства анализа выполняют поиск общих проблем в коде, которые могут привести к ошибкам времени выполнения или проблемам управления кодом.
Анализ кода C++
Чтобы выполнить анализ кода C++, запустите статический анализ кода. Запустить этот компонент после устранения всех очевидных ошибок, препятствующих успешной сборке, и потратить некоторое время, чтобы устранить создаваемые им предупреждения, — очень полезная привычка. Вы сможете избавиться от определенных будущих проблем, а также научитесь некоторым полезным приемам написания кода.
Нажмите клавиши ALT+F11 (или выберите в верхнем меню команду Анализ > Выполнить анализ кода в решении) для запуска статического анализа кода.
Все новые или обновленные предупреждения отображаются на вкладке Список ошибок в нижней части интегрированной среды разработки. Щелкните предупреждение для перехода к нему в коде.
Использование быстрых действий для исправления или рефакторинга кода
Если вы привыкли работать с клавиатурой, вы можете использовать клавиши со стрелками и сочетание клавиш CTRL+ . для проверки возможностей оптимизации и очистки кода!
Запуск очистки кода
Помимо форматирования пробелов, отступов и т. п., функция Очистка кода применяет определенные вами соглашения о стиле кода. Ваши настройки для каждого стиля кода считываются из файла EditorConfig, если такой существует в проекте, или из раздела Параметры стиля кода, который доступен через диалоговое окно Параметры.
Отладка выполняемого кода
Успешно завершив сборку кода и его очистку, запустите код, нажав клавишу F5 или выбрав команду Отладка > Начать отладку. Приложение будет запущено в среде отладки, и вы сможете пронаблюдать его поведение. Интегрированная среда разработки Visual Studio изменяется во время выполнения приложения: окно Вывод заменяется двумя новыми окнами (в конфигурации окон по умолчанию): окном с вкладками Видимые/Локальные/Контрольные значения и окном с вкладками Стек вызовов/Точки останова/Параметры исключений/Вывод. Эти окна имеют несколько вкладок, которые позволяют просмотреть и проверить переменные, потоки, стеки вызовов приложения и другие характеристики поведения во время выполнения приложения.
Остановите приложение, нажав клавиши SHIFT+F5 или кнопку Остановить. Кроме того, можно просто закрыть главное окно приложения (или диалоговое окно командной строки).
Задание простых точек останова
Точки останова — это один из самых простых и важных компонентов надежной отладки. Точка останова указывает, где Visual Studio следует приостановить выполнение кода, чтобы вы могли проверить значения переменных или поведение памяти либо выполнение ветви кода. После установки или удаления точек останова перестраивать проект не нужно.
Установите точку останова, щелкнув дальнее поле строки, в которой требуется приостановить выполнение, или нажмите клавишу F9, чтобы установить точку останова в текущей строке кода. Выполнение кода прерывается (останавливается) перед инструкциями для этой строки кода.
Чаще всего точки останова используются для решения следующих задач.
Чтобы точнее определить источник аварийного завершения или отсутствия отклика программы, расставьте точки останова вокруг и непосредственно в коде вызова метода, который, по вашему мнению, приводит к сбою. При выполнении кода в отладчике удаляйте, а затем снова устанавливайте точки останова ближе друг к другу, пока не найдете строку кода, вызывающую ошибку. Выполнение кода в отладчике описывается в следующем разделе.
При добавлении нового кода установите точку останова в его начале и выполните код, чтобы убедиться в том, что он работает правильно.
При реализации сложного поведения задайте точки останова для алгоритмического кода, чтобы можно было проверить значения переменных и данные при прерывании программы.
При написании кода C или C++ используйте точки останова для остановки кода, чтобы можно было проверить значения адреса (ищите значение NULL) и просмотреть значения счетчиков при отладке ошибок, связанных с памятью.
Дополнительные сведения о точках останова см. в статье Использование точек останова.
Проверка кода во время выполнения
Когда выполнение кода приостанавливается из-за достижения точки останова, строка кода, помеченная желтым цветом (текущий оператор), еще не выполнена. Вы можете выполнить текущий оператор и проверить, как изменились значения. Для выполнения кода в отладчике можно использовать ряд команд пошагового выполнения. Если отмеченный код является вызовом метода, вы можете выполнить шаг с заходом, нажав клавишу F11. Кроме того, можно выполнить шаг с обходом строки кода, нажав клавишу F10. Дополнительные команды и подробные сведения о пошаговом выполнении кода см. в статье Навигация по коду с помощью отладчика.
Код, представленный на предыдущей иллюстрации, может выполняться отладчиком по одному оператору. Для этого можно нажимать клавишу F10 или F11 (так как здесь нет вызова метода, результат выполнения обеих команд будет одинаковым).
Когда отладчик приостанавливает выполнение, можно проверить переменные и стеки вызовов, чтобы разобраться в происходящем. Находятся ли значения в тех диапазонах, которые вы ожидали увидеть? Выполняются ли вызовы в правильном порядке?
Наведите курсор на переменную для просмотра ее текущего значения и ссылок. Если отображается значение, которое вы не ожидали увидеть, возможно, в предыдущем или вызывающем коде имеется ошибка. Более подробные сведения об отладке см. в статье об использовании отладчика.
Кроме того, Visual Studio выводит на экран окно средств диагностики, где можно наблюдать за загрузкой ЦП и использованием памяти приложением в динамике по времени. В дальнейшем в процессе разработки приложения эти средства можно применять для выявления случаев непредвиденно высокой загрузки ЦП или чрезмерного выделения памяти. Это окно можно использовать в сочетании с окном Контрольные значения и точками останова, чтобы определить причину непредвиденно интенсивного использования или неосвобожденных ресурсов. Дополнительные сведения см. в статье Обзор возможностей профилирования.
Запуск модульных тестов
Модульные тесты — это первая линия защиты от ошибок в коде, так как при правильном проведении они позволяют проверять отдельные "модули" кода (как правило, это отдельные функции), которые проще отлаживать, чем всю программу. Visual Studio устанавливает платформу модульного тестирования Майкрософт для управляемого и машинного кода. Платформа модульного тестирования используется для создания модульных тестов, их запуска и передачи результатов таких тестов. Завершив внесение изменений, запустите модульные тесты повторно, чтобы убедиться, что код по-прежнему работает правильно. При использовании выпуска Visual Studio Enterprise можно настроить автоматический запуск тестов после каждой сборки.
Чтобы приступить к работе с модульными тестами, ознакомьтесь со статьей Создание модульных тестов для кода с помощью IntelliTest.
Дополнительные сведения о модульных тестах в Visual Studio, а также о том, как они могут помочь в создании более качественного кода, см. в статье Основные сведения о модульных тестах.
Читайте также: