При помощи чего выявляются логические ошибки в программе тест

Отладка, или debugging, — это поиск (локализация), анализ и устранение ошибок в программном обеспечении, которые были найдены во время тестирования.

Методы отладки программного обеспечения

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

В основе отладки системы — тщательный анализ проявлений ошибки. Это могут быть сообщения об ошибке или неверные результаты вычислений. Например, если во время выполнения программы завис компьютер, то, чтобы найти фрагмент проявления ошибки, нужно проанализировать последние действия пользователя. На этапе отладки программы строятся гипотезы, каждая из них проверяется. Если гипотеза подтвердилась, информация об ошибке детализируется, если нет — выдвигаются новые.

Вот как выглядит процесс:

Алгоритм отладки по методу индукции

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.

Отладка по методу дедукции

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.

Отладка и обработка ошибок в программе

Если вы выполняли все задания для самостоятельной работы, то, наверное, уже заметили, что при написании программного кода допустить ошибку очень просто. Одна из задач разработчика — найти такие ошибки и устранить их (или обеспечить перехват ошибок времени выполнения и нормальную работу приложения даже в случае возникновения этих ошибок).

Все ошибки можно разделить на три большие группы:

— синтаксические (неправильно написан оператор, имя переменной и т. п.). Такие ошибки не требуют больших усилий по их поиску и исправлению. Многие синтаксические ошибки «отлавливаются» редактором кода VBA еще в процессе ввода кода. Об обнаружении других ошибок сообщается в ходе компиляции и запуска программы. При этом компилятор VBA выдает информацию о том, в какой строке кода обнаружена ошибка и в чем она заключается. Рекомендуется проверить данную строку по справке VBA;

— логические. В ходе выполнения программа ведет себя не так, как вы планировали. Главное здесь — найти причину неправильного поведения программы. Обычно для выявления и исправления ошибок такого типа предназначены приемы отладки;

— ошибки времени выполнения (run-time error). Они возникают, когда в процессе выполнения программа столкнулась с проблемой, решить которую она не в состоянии (файл с таким именем уже существует, возник конфликт записей при вставке в базу данных, произведена попытка записать информацию на переполненный диск и т. п.). Заранее предугадать, какая именно неприятность может случиться, очень сложно. Во многом квалификация программиста определяется тем, как он умеет предугадывать возможности возникновения ошибок времени выполнения и обеспечивать

их перехват и обработку.

Если программа делается «для себя» (для автоматизации работы того пользователя, который пишет эту программу), то очень часто перехват ошибок времени выполнения вообще не предусматривается. Возникла ошибка – ничего страшного: открыли программу в отладчике, посмотрели, отчего возникла ошибка, и «исправились». Но если программа пишется для передачи другим пользователям (особенно не очень квалифицированным), то на реализацию обработки ошибок времени выполнения обычно уходит больше времени, чем на создание самой логики программы.

Окна Immediate, Locals и Watch

Главный способ обеспечения безошибочной работы программы — это ее тестирование. При создании крупных программных продуктов на их тестирование часто уходит не меньше времени, чем на создание. Поскольку в наших условиях рассчитывать на то, что тестировать вашу программу будет профессиональный тестер, не приходится, проверять ее придется вам самим. Приведу некоторые советы по тестированию:

— попытайтесь запустить программу при работе с большим количеством документов или когда не открыто ни одного документа;

— посмотрите, как работает программа, когда окно документа развернуто, свернуто или размер его изменен;

— проверьте, как работает программа, когда выделены разные элементы или группы элементов;

— если предусматривается ввод информации, попробуйте специально передать программе неверные значения. Например, если программа ожидает числовых значений, попробуйте ввести строковое значение, значение даты или оставить поле пустым;

— попробуйте прервать работу программы в самый неподходящий момент и потом вновь запустить ее;

— проверьте, как ведет себя программа, когда пропадает сеть, заканчивается свободное место на диске, заканчивается бумага в принтере и т. п.;

— проверьте работу программы под разными версиями Office и операционных систем (в том числе англоязычных и локализованных);

— попробуйте до запуска программы и во время ее работы переставлять системную дату и время, устанавливая самые невероятные значения. Если есть возможность, всегда рекомендуется немного поработать, выполняя обязанности пользователя, для которого создается программа.

Мне очень нравится «диверсионный» подход при тестировании программ. Представьте себе, что вы — вредитель и диверсант, у которого цель- вывести программу из строя. Потом опробуйте те способы, которые вам пришли в голову. Если способ оказался удачным, придумайте для него защиту. Как ни удивительно, но реальная работа пользователей с вашей программой будет очень похожа на действия таких диверсантов.

Отладка программы – это процесс поиска и устранения ошибок. Часть ошибок формального характера, связанных с нарушением правил записи конструкций языка или отсутствием необходимых описаний, обнаруживает транслятор, производя синтаксический анализ текста программы. Транслятор выявляет ошибки и сообщает о них, указывая их тип и место в программе. Такие ошибки называются ошибками времени трансляции или синтаксическими ошибками.

Ошибочные ситуации могут возникнуть и при выполнении программы, например, деление на нуль или извлечение корня квадратного из отрицательного числа. Такие ошибки называются ошибками времени выполнения.

Программа, не имеющая ошибок трансляции и выполнения, может и не дать верных результатов из-за логических ошибок в алгоритме, т. е. алгоритмических или семантических ошибок. Ошибки подобного рода могут возникнуть на любом этапе разработки программы: постановки задачи, разработке математической модели или алгоритма. Необходим действенный контроль над процессом вычислений, позволяющий предотвращать или своевременно обнаруживать ошибки подобного рода. Для этого используются как качественный анализ задачи, основанный на различного рода интуитивных соображениях и правдоподобных рассуждениях, так и контрольный просчет или тестирование программы.

Тестирование программы – это выполнение программы на наборах исходных данных (тестах), для которых известны результаты, полученные другим методом. Система тестов подбирается таким образом, чтобы

а) проверить все возможные режимы работы программы;

б) по возможности, локализовать ошибку.

При тестировании программы простой и действенный метод дополнительного контроля над ходом её выполнения – получение контрольных точек, т. е. контрольный вывод промежуточных результатов.

Для проверки правильности работы программы иногда полезно также выполнить проверку выполнения условий задачи (например, для алгебраического уравнения найденные корни подставляются в исходное уравнение и проверяются расхождения левой и правой частей).

33. ВИДЫ ОШИБОК В ПРОГРАММАХ

Об ошибках в программе сигнализируют некорректная работоспособность программы либо ее полное невыполнение. В наше время для обозначения ошибки в программе используют термин «Баг» (с англ. Bug-жук).

Есть несколько типов ошибок:

1) Логическая ошибка. Это, пожалуй, наиболее серьезная из всех ошибок. Когда написанная программа на любом языке компилирует и работает правильно, но выдает неправильный вывод, недостаток заключается в логике основного программирования. Это ошибка, которая была унаследована от недостатка в базовом алгоритме. Сама логика, на которой базируется вся программа, является ущербной. Чтобы найти решение такой ошибки нужно фундаментальное изменение алгоритма. Вам нужно начать копать в алгоритмическом уровне, чтобы сузить область поиска такой ошибки. (пример: задача программы вывести сумму двух чисел а и b.

2) Синтаксическая ошибка. Каждый компьютерный язык, такой как C, Java, Perl и Python имеет специфический синтаксис, в котором будет написан код. Когда программист не придерживаться «грамматики» спецификациями компьютерного языка, возникнет ошибка синтаксиса. Такого рода ошибки легко устраняются на этапе компиляции.

3) Ошибка компиляции. Компиляция это процесс, в котором программа, написанная на языке высокого уровня, преобразуется в машиночитаемую форму. Многие виды ошибок могут происходить на этом этапе, в том числе и синтаксические ошибки. Иногда, синтаксис исходного кода может быть безупречным, но ошибка компиляции все же может произойти. Это может быть связано с проблемами в самом компиляторе. Эти ошибки исправляются на стадии разработки.

4) Ошибки среды выполнения (RunTime). Программный код успешно скомпилирован, и исполняемый файл был создан. Вы можете вздохнуть с облегчением и запустить программу, чтобы проверить ее работу. Ошибки при выполнении программы могут возникнуть в результате аварии или нехватки ресурсов носителя. Разработчик должен был предвидеть реальные условия развертывания программы. Это можно исправить, вернувшись к стадии кодирования.

5) Арифметическая ошибка. Многие программы используют числовые переменные, и алгоритм может включать несколько математических вычислений. Арифметические ошибки возникают, когда компьютер не может справиться с проблемами, такими как «Деление на ноль», или ведущие к бесконечному результату. Это снова логическая ошибка, которая может быть исправлена только путем изменения алгоритма.

6) Ошибки ресурса. Ошибка ресурса возникает, когда значение переменной переполняет максимально допустимое значение. Переполнение буфера, использование неинициализированной переменной, нарушение прав доступа и переполнение стека — примеры некоторых распространенных ошибок.

7) Ошибка взаимодействия. Они могут возникнуть в связи с несоответствием программного обеспечения с аппаратным интерфейсом или интерфейсом прикладного программирования. В случае веб-приложений, ошибка интерфейса может быть результатом неправильного использования веб-протоколов

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. Семантически ошибки можно выявить, пользуясь отладчиком, встроенным в компилятор.

Содержание лекции: виды контроля качества разрабатываемого ПО; ручной контроль; структурное, функциональное и оценочное тестирование; классификация ошибок; методы и средства отладки ПО.

Цель лекции: ознакомиться с видами и способами контроля и тестирования ПО, методами и средствами отладки программ.

Тестирование — это процесс выполнения программы, целью которого является выявление ошибок. Никакое тестирование не может доказать отсут­ствие ошибок в сложном ПО, поскольку выполнение полного тестирования становится не­возможным и имеется вероятность, что остались невыявленные ошибки. Соблюдение основных правил тестирования и научно обоснованный подбор тестов может уменьшить их количество. Процесс разработки согласно современной модели жизненного цикла ПО предполагает три стадии тестирования: автономное тестирование компонентов ПО; комплексное тестирование разрабатываемого ПО; системное или оценочное тестирование на соответствие основным критериям качества. Для повышения качества тестирования рекомендуется соблюдать следу­ющие основные принципы:

а) предполагаемые результаты должны быть известны до тестирования;

б) следует избегать тестирования программы автором;

в) необходимо досконально изучать результаты каждого теста;

г) необходимо проверять действия программы на неверных данных;

д) необходимо проверять программу на неожиданные побочные эффекты на неверных данных.

Вероятность наличия необнаруженных ошибок в части программы пропорциональна количеству ошибок уже най­денных в этой части. Удачнымсчитают тест, ко­торый обнаруживает хотя бы одну ошибку. Формирование набора тестов имеет большое значение, поскольку тести­рование является одним из наиболее трудоемких этапов создания ПО. Доля стоимос­ти тестирования в общей стоимости разработки возрастает при увеличении сложности ПО и повышении требо­ваний к их качеству.

Существуют два принципиально различных подхода к формированию тестовых наборов: структурный и функциональный. Структурный подход базируется на том, что известна структуратести­руемого ПО, в том числе его алгоритмы («стеклян­ный ящик»). Тесты строятся для проверки правильности реализации заданной логики в коде программы. Функциональный подход основывается на том, что структура ПО не известна («черный ящик»). В этом случае тесты строят, опираясь на функциональные спецификации. Этот подход называют также подходом, управляемым данными, так как при его использовании тесты строят на базе различных способов декомпозиции множества данных. Наборы тестов, полученные в соответствии с методами этих подходов, объединяют, обеспечивая всестороннее тестирование ПО.

Ручной контроль используют на ранних эта­пах разработки. Все проектные решения анализируются с точки зрения их правильности и целесообразности как можно раньше, пока их можно легко пересмотреть. Различают статический и динамический подходы к ручному контролю. При статическомподходе анализируют структуру, управляющие и инфор­мационные связи программы, ее входные и выходные данные. При динамическом — выполняют ручное тестирование (вручную моделируют про­цесс выполнения программы на заданных исходных данных). Исходными данными для таких проверок являются: техническое зада­ние, спецификации, структурная и функциональная схемы программного продукта, схемы отдельных компонентов, а для более поздних этапов — алгоритмы и тексты программ, а также тестовые наборы. Доказано, что ручной контроль способствует существенному увеличе­нию производительности и повышению надежности программ и с его помо­щью можно находить от 30 до 70 % ошибок логического проектирования и кодирования. Основными методами ручного контроля являются: инспекции исходного текста, сквозные просмотры, проверка за столом, оценки программ.

В основе структурного тестирования лежит концепция максимально полного тестирования всех маршрутов, предусмотренных алгоритмом (последовательности операторов программы, выполняемых при конкретном варианте исходных данных). Недостатки: построенные тесто­вые наборы не обнаруживают пропущенных маршрутов и ошибок, зависящих от заложенных данных; не дают гарантии, что программа правильна.

Другим способом проверки программ является функциональное тестирование: про­грамма рассматривается как «черный ящик», целью тестирования является выяснение обстоятельств, когда поведение программы не соответствует спецификации. Для обнаружения всех ошибок необходимо выполнить исчерпывающее тестирование (при всех возможных наборах данных), что для большинства случаев невоз­можно. Поэтому обычно выполняют «разумное» или «приемлемое» тестиро­вание, ограничивающееся прогонами программы на небольшом под­множестве всех возможных входных данных. При функциональном тестировании различают следующие методы фор­мирования тестовых наборов: эквивалентное разбиение; анализ граничных значений; анализ причинно-следственных связей; предположение об ошибке.

После завершения комплексного тестирования приступают к оценочному тестированию, целью которого является поиск несоответствий техническому заданию. Оценочное тестирование включает тестирование: удобства использования, на предельных объемах, на предельных нагрузках, удобства эксплуатации, защиты, производительности, требований к памяти, конфигурации оборудования, совместимости, удобства установки, удобства обслуживания, надежности, восстановления, документации, процедуры.

Отладка — это процесс локализации (определения оператора программы, выполнение которого вызвало нарушение вычислительного процесса) и исправления ошибок, обнаружен­ных при тестировании ПО. Для исправления ошиб­ки необходимо определить ее причину. Отладка требует от программиста глубоких знаний специфики управления используемыми техническими средствами, операционной системы, среды и языка программирования, реализуемых процессов, природы и специфики ошибок, методик отладки и соответствующих программных средств; психологически дискомфортна (нужно искать собственные ошибки в условиях ограниченного времени); оставляет возможность взаимовлияния ошибок в разных частях программы. Четко сформулированные методики отладки отсутствуют. Различают:

а) синтаксические ошибки – сопровождаются комментарием с указанием их мес­тоположения, фиксируются компилятором (транслятором) при выполнении синтаксического и частично се­мантического анализа;

б) ошибки компоновки — обнаруживаются компоновщиком (редакто­ром связей) при объединении модулей программы;

в) ошибки выполнения — обнаруживаются аппаратными средствами, операционной системой или пользователем при выполнении программы, проявляются разными способами и в свою очередь делятся на группы:

1) ошибки определения исходных данных (ошибки передачи, ошибки преобразования, ошибки перезаписи и ошиб­ки данных);

2) логические ошибки проектирования (неприменимый метод, неверный алгоритм, неверная структура данных, другие) и кодирования (ошибки некорректного использования переменных, вычислений, межмодульного интерфейса, реализации алгоритма, другие);

3) ошибки накопления погрешностей результатов вычислений (игнорирование ограничений разрядной сетки и способов уменьшения погрешности).

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 с помощью следующих методов:

а) ручного тестирования (при обнаружении ошибки нужно выполнить те­стируемую программу вручную, используя тестовый набор, при работе с ко­торым была обнаружена ошибка);

б) индукции (основан на тща­тельном анализе симптомов ошибки, которые могут проявляться как неверные результаты вычислений или как сообщение об ошибке);

в) дедукции (вначале формируют множество причин, которые могли бы вызвать данное проявление ошибки, а затем анали­зируя причины, исключают те, которые противоречат имеющимся данным);

г) обратного прослеживания (для точки вы­вода неверного результата строится гипотеза о значени­ях основных переменных, которые могли бы привести к получению данного результата, а затем, исходя из этой гипотезы, делают предположения о значениях переменных в предыдущей точке).

Для получения дополнительной информации об ошибке выпол­няют добавочные тесты и используют специальные методы и средства: отладочный вывод; интегрированные средства отладки; независимые отладчики.

Общая методика отладки программных продуктов, написанных для выполнения в операционных системах MS DOS и Win32:

1 этап — изучение проявления ошибки;

2 этап – определение локализации ошибки;

3 этап — определение причины ошибки;

4 этап — исправление ошибки;

5 этап — повторное тестирование.

Процесс отладки можно существенно упрос­тить, если следовать основным рекомендациям структурного подхода к про­граммированию:

а) программу наращивать «сверху-вниз», от интерфейса к обрабатываю­щим подпрограммам, тестируя ее по ходу добавления подпрограмм;

б) выводить пользователю вводимые им данные для контроля и прове­рять их на допустимость сразу после ввода;

в) предусматривать вывод основных данных во всех узловых точках ал­горитма (ветвлениях, вызовах подпрограмм).

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.

Fatal error: Allowed memory size of 2147483648 bytes exhausted (tried to allocate 13732440 bytes) in /var/www/u1306671/data/www/blog.skillfactory.ru/wp-includes/class-wpdb.php on line 2432

WordPress › Ошибка

Виды ошибок

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, 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:

• сообщение об ошибке, которую зафиксировали схемы контроля машинных команд. Это может быть переполнение разрядной сетки (когда старшие разряды результата операции не помещаются в выделенной области памяти), «деление на ноль», нарушение адресации и другие;
• сообщение об ошибке, которую зафиксировала операционная система. Она же, как правило, и документирует ошибку. Это нарушение защиты памяти, отсутствие файла с заданным именем, попытка записи на устройство, защищенное от записи;
• прекращение работы компьютера или зависание. Это и простые ошибки, которые не требуют перезагрузки компьютера, и более сложные, когда нужно выключать ПК;
• получение результатов, которые отличаются от ожидаемых. Программа работает стабильно, но выдает некорректный результат, который пользователь воспринимает за истину.

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.