Отладка программы призвана выискивать «вредителей» кода и устранять их. За это отвечают отладчик и журналирование для вывода сведений о программе.
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:
3 + 5 * 6
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) * 6
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:
input = 25 x = 0.8/(Math.sqrt(input) - 5)
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.
Викторина
- Какая ошибка допущена в фрагменте кода Python ниже?
items = [0,1,2,3,4,5] print items[8] //комментарий: элементы здесь представляют собой массив с шестью элементами. Например, чтобы получить 4-й элемент, вы будете использовать [3]. Мы начинаем отсчет с 0.
- Какая ошибка допущена в фрагменте кода Python ниже?
input = Hippo' if input == 'Hippo': print 'Hello, Hippo'
Ответы на вопросы
- Ошибка выполнения: ошибка индекса вне диапазона.
2. Синтаксическая ошибка: Отсутствует стартовая кавычка в первой строке.
The third type of error is the semantic error, also called a logic error. If there is a semantic error
in your program, it will run successfully in the sense that the computer will
not generate any error messages. However, your program will not do the right thing. It will do
something else. Specifically, it will do what you told it to do, not what you wanted it to do.
The following program has a semantic error. Execute it to see what goes wrong:
This program runs and produces a result. However, the result is not what the programmer intended. It contains
a semantic error. The error is that the program performs concatenation instead of addition, because the programmer
failed to write the code necessary to convert the inputs to integers.
With semantic errors, the problem is that the program you wrote is not the program you wanted to
write. The meaning of the program (its semantics) is wrong. The computer is
faithfully carrying out the instructions you wrote, and its results
are correct, given the instructions that you provided. However, because your instructions
have a flaw in their design, the program does not behave as desired.
Identifying semantic errors can be tricky because no error message appears to make it obvious that the results are
incorrect. The only way you can detect semantic errors is if you know in advance what the program should do for a given set
of input. Then, you run the program with that input data and compare the output of the program with what you expect. If
there is a discrepancy between the actual output and the expected output, you can conclude that there is either 1) a
semantic error or 2) an error in your expected results.
Once you’ve determined that you have a semantic error, locating it can be tricky because you must work
backward by looking at the output of the program and trying to figure out what it is doing.
3.7.1. Test Cases¶
To detect a semantic error in your program, you need the help of something called a test case.
Test Case
A test case is a set of input values for the program, together with the output that you expect the program should produce when it is run with those particular
inputs.
Here is an example of a test case for the program above:
Test Case --------- Input: 2, 3 Expected Output: 5
If you give this test case to someone and ask them to test the program, they can type in the inputs, observe the output,
check it against the expected output, and determine whether a semantic error exists based on whether the actual output
matches the expected output or not. The tester doesn’t even have to know what the program is supposed to do. For this reason,
software companies often have separate quality assurance departments whose responsibility is to check that the programs written
by the programmers perform as expected. The testers don’t have to be programmers; they just have to be able to operate the
program and compare its results with the test cases they’re given.
In this case, the program is so simple that we don’t need to write down a test case at all; we can compute the expected output
in our heads with very little effort. More complicated programs require effort to create the test case (since you shouldn’t use
the program to compute the expected output; you have to do it with a calculator or by hand), but the effort pays off when
the test case helps you to identify a semantic error that you didn’t know existed.
Semantic errors are the most dangerous of the three types of errors, because in some cases they are not noticed by either
the programmers or the users who use the program. Syntax errors cannot go undetected (the program won’t run at all if
they exist), and runtime errors are usually also obvious and typically detected by developers before a program is
released for use (although it is possible for a runtime error to occur for some inputs and not for
others, so these can sometimes remain undetected for a while). However, programs often go for years with undetected
semantic errors; no one realizes that the program has been producing incorrect results. They just assume that because the
results seem reasonable, they are correct. Sometimes, these errors are relatively harmless. But if they involve
financial transactions or medical equipment, the results can be harmful or even deadly. For this reason, creating test
cases is an important part of the work that programmers perform in order to help them produce programs that work
correctly.
Check your understanding
- Attempting to divide by 0.
- A semantic error is an error in logic. In this case the program does not produce the correct output because the problem is not solved correctly. This would be considered a run-time error.
- Forgetting a right-parenthesis ) when invoking a function.
- A semantic error is an error in logic. In this case the program does not produce the correct output because the code can not be processed by the compiler or interpreter. This would be considered a syntax error.
- Forgetting to divide by 100 when printing a percentage amount.
- This will produce the wrong answer because the programmer implemented the solution incorrectly. This is a semantic error.
Which of the following is a semantic error?
- The programmer.
- You must fully understand the problem so that you can tell if your program properly solves it.
- The compiler / interpreter.
- The compiler and / or interpreter will only do what you instruct it to do. It does not understand what the problem is that you want to solve.
- The computer.
- The computer does not understand your problem. It just executes the instructions that it is given.
- The teacher / instructor.
- Your teacher and instructor may be able to find most of your semantic errors, but only because they have experience solving problems. However it is your responsibility to understand the problem so you can develop a correct solution.
Who or what typically finds semantic errors?
You have attempted of activities on this page
Семантические ошибки в программировании
Ранее я рассказывал о видах ошибок в программировании. И там я упомянул об ошибках, которые я назвал логическими. Но вообще такие ошибки часто называют семантическими. И это самые труднонаходимые ошибки, которые доставляют программистам больше всего неприятностей. Поэтому я решил рассказать о них отдельно.
Семантика — это раздел лингвистики (науки о языках), который изучает смысловое значение частей языка (слов, предложений и т.п.).
Поскольку языки программирования — это тоже языки, то и правила и термины лингвистики точно также применимы и к языкам программирования. А семантика в языке программирования означает то же самое, что и в человеческом языке, например, в русском.
Семантика определяет смысл программы, а семантические ошибки связаны с нарушением смысла программы. То есть семантические ошибки нарушают логику программы (поэтому я и назвал их ранее логическими).
С точки зрения синтаксиса программа может быть безупречной. И даже во время выполнения в ней может не быть никаких ошибок. Но при этом она может быть бессмысленна с точки зрения решаемой задачи.
Например, вам надо было написать программу, которая вычисляет площадь круга. А вы “немного” ошиблись, и ваша программа вычисляет площадь прямоугольника.
При этом:
- Программа компилируется без ошибок
- Программа запускается, работает и завершается без ошибок
- Программа получает данные, обрабатывает их и выдаёт результат
Но, что самое страшное — пользователь думает, что результат правильный!!!
То есть программа безупречна во всём. Кроме одного — она решает не ту задачу, которую нужно решить пользователю. Поэтому с точки зрения пользователя она бессмысленна.
А с точки зрения программиста она содержит семантическую ошибку.
Такая программа делает не то, что вы от неё хотели, а то, что вы ей сказали. Вы ей сказали вычислять площадь прямоугольника, и она делает это. И это не её вина, а ваша. Вы дали неправильное указание.
Кстати, плохие руководители в жизни ведут себя точно также — дают сотрудникам неправильные или неоднозначные распоряжения, а потом удивляются, что работа выполнена неправильно. И обвиняют в этом, конечно, сотрудников.
Находить семантические ошибки бывает очень трудно. Особенно в чужих программах. Я это знаю не понаслышке. Иногда на это уходит несколько дней или даже недель. Иногда вообще хочется плюнуть на это и написать новую программу.
Так что старайтесь ещё до того, как начнёте писать код, тщательно продумать алгоритмы и прочие способы решения задачи, чтобы потом не было мучительно больно при поиске таких ошибок, которые не видит компилятор, и мучительно стыдно перед заказчиком.
А на сегодня всё. Подключайтесь к каналу в Телеграм или к другим моим группам, чтобы ничего не пропустить.
|
|
Основы программирования Каждый профессионал когда-то был чайником. Наверняка вам знакомо состояние, когда “не знаешь как начать думать, чтобы до такого додуматься”. Наверняка вы сталкивались с ситуацией, когда вы просто не знаете, с чего начать. Эта книга ориентирована как раз на таких людей, кто хотел бы стать программистом, но совершенно не знает, как начать этот путь. Подробнее… |
Добавлено 16 апреля 2021 в 20:18
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:
#include <iostream>
int main()
{
std::cout < "Hi there"; << x; // недопустимый оператор (<), лишняя точка с запятой, необъявленная переменная (x)
return 0 // отсутствие точки с запятой в конце инструкции
}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:
#include <iostream>
int main()
{
int a { 10 };
int b { 0 };
std::cout << a << " / " << b << " = " << a / b; // деление на 0 не определено
return 0;
}Чаще всего они просто приводят к неправильному значению или поведению:
#include <iostream>
int main()
{
int x;
std::cout << x; // Использование неинициализированной переменной приводит к неопределенному результату
return 0;
}или же
#include <iostream>
int add(int x, int y)
{
return x - y; // функция должна складывать, но это не так
}
int main()
{
std::cout << add(5, 3); // должен выдать 8, но выдаст 2
return 0;
}или же
#include <iostream>
int main()
{
return 0; // функция завершается здесь
std::cout << "Hello, world!"; // поэтому это никогда не выполняется
}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.
Теги
C++ / CppDebugLearnCppДля начинающихОбучениеОтладкаПрограммирование
Тестирование и отладка программ
При разработке программ наиболее трудоемким является этап отладки и тестирования программ. Цель тестирования, т.е. испытания программы, заключается в выявлении имеющихся в программе ошибок. Цель отладки состоит в выявлении и устранении причин ошибок.
Отладку программы начинают с составления плана тестирования. Такой план должен представлять себе любой программист. Составление плана опирается на понятие об источниках и характере ошибок. Основными источниками ошибок являются недостаточно глубокая проработка математической модели или алгоритма решения задачи; нарушение соответствия между схемой алгоритма или записью его на алгоритмическом языке и программой, записанной на языке программирования; неверное представление исходных данных на программном бланке; невнимательность при наборе программы и исходных данных на клавиатуре устройства ввода.
Нарушение соответствия между детально разработанной записью алгоритма в процессе кодирования программы относится к ошибкам, проходящим вследствие невнимательности программиста. Отключение внимания приводит и ко всем остальным ошибкам, возникающим в процессе подготовки исходных данных и ввода программы в ЭВМ. Ошибки, возникающие вследствие невнимательности, могут иметь непредсказуемые последствия, так как наряду с потерей меток и описаний массивов, дублированием меток, нарушением баланса скобок возможны и такие ошибки, как потеря операторов, замена букв в обозначениях переменных, отсутствие определений начальных значений переменных, нарушение адресации в массивах, сдвиг исходных данных относительно полей значений, определенных спецификациями формата.
Учитывая разнообразие источников ошибок, при составлении плана тестирования классифицируют ошибки на два типа: 1 – синтаксические; 2 – семантические (смысловые).
Синтаксические ошибки – это ошибки в записи конструкций языка программирования (чисел, переменных, функций, выражений, операторов, меток, подпрограмм).
Семантические ошибки – это ошибки, связанные с неправильным содержанием действий и использованием недопустимых значений величин.
Обнаружение большинства синтаксических ошибок автоматизировано в основных системах программирования. Поиск же семантических ошибок гораздо менее формализован; часть их проявляется при исполнении программы в нарушениях процесса автоматических вычислений и индицируется либо выдачей диагностических сообщений рабочей программы, либо отсутствием печати результатов из-за бесконечного повторения одной и той же части программы (зацикливания), либо появлением непредусмотренной формы или содержания печати результатов.
В план тестирования обычно входят следующие этапы:
- Сравнение программы со схемой алгоритма.
- Визуальный контроль программы на экране дисплея или визуальное изучение распечатки программы и сравнение ее с оригиналом на программном бланке. Первые два этапа тестирования способны устранить больше количество ошибок, как синтаксических (что не так важно), так и семантических (что очень важно, так как позволяет исключить их трудоемкий поиск в процессе дальнейшей отладки).
- Трансляция программы на машинных язык. На этом этапе выявляются синтаксические ошибки. Компиляторы с языков Си, Паскаль выдают диагностическое сообщение о синтаксических ошибках в листинге программы (листингом называется выходной документ транслятора, сопровождающий оттранслированную программу на машинном языке – объектный модуль).
- Редактирование внешних связей и компоновка программы. На этапе редактирования внешних связей программных модуле программа-редактор внешних связей, или компоновщик задач, обнаруживает такие синтаксические ошибки, как несоответствие числа параметров в описании подпрограммы и обращении к ней, вызов несуществующей стандартной программы. например, 51 H вместо 51 N, различные длины общего блока памяти в вызывающем и вызываемом модуле и ряд других ошибок.
- Выполнение программы. После устранения обнаруженных транслятором и редактором внешних связей (компоновщиком задач) синтаксических ошибок переходят к следующему этапу – выполнению программы на ЭВМ на машинном языке: программа загружается в оперативную память, в соответствие с программой вводятся исходные данные и начинается счет. Проявление ошибки в процессе вода исходных данных или в процессе счета приводит к прерыванию счета и выдаче диагностического сообщения рабочей программы. Проявление ошибки дает повод для выполнения отладочных действий; отсутствие же сообщений об ошибках не означает их отсутствия в программе. План тестирования включает при этом проверку правильности полученных результатов для каких-либо допустимых значений исходных данных.
- Тестирование программы. Если программа выполняется успешно, желательно завершить ее испытания тестированием при задании исходных данных, принимающих предельные для программы значения. а также выходящие за допустимые пределы значения на входе.
Контрольные примеры (тесты) – это специально подобранные задачи, результаты которых заранее известны или могут быть определены без существенных затрат.
Наиболее простые способы получения тестов:
- Подбор исходных данных, для которых несложно определить результата вычислений вручную или расчетом на калькуляторе.
- Использование результатов, полученных на других ЭВМ или по другим программам.
- Использование знаний о физической природе процесса, параметры которого определяются, о требуемых и возможных свойствах рассчитываемой конструкции. Хотя точное решение задачи заранее известно, суждение о порядке величин позволяет с большой вероятностью оценить достоверность результатов.