Ошибки в программировании – дело обычное, хоть и неприятное. В данной статье будет рассказано о том, какими бывают ошибки (баги), а также что собой представляют исключения.
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:
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:
Чаще всего они просто приводят к неправильному значению или поведению:
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
Лекция носит факультативный характер. Здесь мы рассматриваем виды допускаемых в программировании ошибок, способы тестирования и отладки программ, инструменты встроенного отладчика.
Цель лекции
Освоить работу с встроенным отладчиком, изучить категории ошибок, способы их обнаружения и устранения.
Тестирование и отладка программы
Чем больше опыта имеет программист, тем меньше ошибок в коде он совершает. Но, хотите верьте, хотите нет, даже самый опытный программист всё же допускает ошибки. И любая современная программ должна иметь собственные инструменты для отладки приложений, а также для своевременного обнаружения и исправления возможных ошибок. Программные ошибки на программистском сленге называют багами (англ. bug — жук), а программы отладки кода — дебаггерами (англ. debugger — отладчик). Lazarus, как современная приложений, имеет собственный встроенный отладчик, работу с которым мы разберем на этой лекции.
Ошибки, которые может допустить программист, условно делятся на три группы:
- Синтаксические
- Времени выполнения (run-time errors)
- Алгоритмические
Синтаксические ошибки
Синтаксические ошибки легче всего обнаружить и исправить — их обнаруживает , не давая скомпилировать и запустить программу. Причем устанавливает на ошибку, или после неё, а в окне сообщений выводит соответствующее сообщение, например, такое:
Рис.
27.1.
Найденная компилятором синтаксическая ошибка — нет объявления переменной i
Подобные ошибки могут возникнуть при неправильном написании директивы или имени функции (процедуры); при попытке обратиться к переменной или константе, которую не объявляли (
рис.
27.1); при попытке вызвать функцию (процедуру, переменную, константу) из модуля, который не был подключен в разделе ; при других аналогичных недосмотрах программиста.
Как уже говорилось, при нахождении подобной ошибки приостанавливает процесс компиляции, выводит сообщение о найденной ошибке и устанавливает на допущенную ошибку, или после неё. Программисту остается только внести исправления в и выполнить повторную компиляцию.
Ошибки времени выполнения
Ошибки времени выполнения (run-time errors) тоже, как правило, легко устранимы. Они обычно проявляются уже при первых запусках программы, или во . Если такую программу запустить из среды Lazarus, то она скомпилируется, но при попытке загрузки, или в момент совершения ошибки, приостановит свою работу, выведя на экран соответствующее сообщение. Например, такое:
Рис.
27.2.
Сообщение Lazarus об ошибке времени выполнения
Ошибка времени выполнения может возникнуть не только при загрузке программы, но и во время её работы. Например, если бы попытка чтения несуществующего файла была сделана не при загрузке программы, а при нажатии на кнопку, то бы нормально запустилась и работала, пока не нажмет на эту кнопку.
Если программу запустить из самой , при возникновении этой ошибки появится такое же сообщение. При этом если нажать «OK», даже может запуститься, но корректно работать все равно не будет.
Ошибки времени выполнения бывают не только явными, но и неявными, при которых продолжает свою работу, не выводя никаких сообщений, а программист даже не догадывается о наличии ошибки. Примером неявной ошибки может служить так называемая утечка памяти. Утечка памяти возникает в случаях, когда программист забывает освободить выделенную под . Например, мы объявляем переменную типа , и работаем с ней:
begin
MySL:= TStringList.Create;
MySL.Add(‘Новая строка’);
end;
В данном примере программист допустил типичную для начинающих ошибку — не освободил . Это не приведет к сбою или аварийному завершению программы, но в итоге можно бесполезно израсходовать очень много памяти. Конечно, эта будет освобождена после выгрузки программы (за этим следит ), но утечка памяти во программы тоже может привести к неприятным последствиям, потребляя все больше и больше ресурсов и излишне нагружая . В подобных случаях после работы с объектом программисту нужно не забывать освобождать :
Однако ошибки времени выполнения могут случиться и во время работы с объектом. Если есть такой риск, программист должен не забывать про возможность обработки исключительных ситуаций. В данном случае вышеприведенный код правильней будет оформить таким образом:
Алгоритмические ошибки
Если вы не допустили ни синтаксических ошибок, ни ошибок времени выполнения, скомпилировалась, запустилась и работает нормально, то это еще не означает, что в программе нет ошибок. Убедиться в этом можно только в процессе её тестирования.
Тестирование — процесс проверки работоспособности программы путем ввода в неё различных, даже намеренно ошибочных данных, и последующей контрольной проверке выводимого результата.
Если работает правильно с одними наборами исходных данных, и неправильно с другими, то это свидетельствует о наличии алгоритмической ошибки. Алгоритмические ошибки иногда называют логическими, обычно они связаны с неверной реализацией алгоритма программы: вместо «+» ошибочно поставили «-«, вместо «/» — «*», вместо деления значения на 0,01 разделили на 0,001 и т.п. Такие ошибки обычно не обнаруживаются во , нормально запускается, работает, а при анализе выводимого результата выясняется, что он неверный. При этом не укажет программисту на ошибку — чтобы найти и устранить её, приходится анализировать код, пошагово «прокручивать» его выполнение, следя за результатом. Такой процесс называется отладкой.
Отладка — процесс поиска и устранения ошибок, чаще алгоритмических. Хотя отладчик позволяет справиться и с ошибками времени выполнения, которые не обнаруживаются явно.
Виды
Существуют различные типы ошибок в программах в зависимости от типовых условий использования приложений. Пример – сбои, которые возникают при возрастании нагрузки на оперативную память или центральный процессор устройства. Есть баги граничных условий, сбоя идентификаторов, несовместимости с архитектурой процессора (наиболее распространенная проблема на мобильных устройствах).
Разработчики выделяют следующие типы ошибок по уровню сложности:
- «Борбаг» – «стабильная» неполадка. Она легко обнаруживается на этапе разработки и компилирования. Иногда – во время тестирования наработкой исходной программы.
- «Гейзенбаг» – баги с поддержкой изменения свойств, включая зависимость от среды, в которой было запущено приложение. Сюда относят периодические неполадки в программах. Они могут исчезать на некоторое время, но через какой-то промежуток вновь дают о себе знать.
- «Мандельбаг» – непредвиденные ошибки. Обладают энтропийным поведением. Предсказать, к чему они приведут, практически невозможно.
- «Шрединбаг» – критические неполадки. Приводят к тому, что злоумышленники могут взломать программу. Данный тип ошибок обнаружить достаточно трудно, потому что они никак себя не проявляют.
Также есть классификация «по критичности». Тут всего два варианта – warning («варнинги») и критические весомые сбои. Первые сопровождаются характерными сообщениями и отчетами для разработчиков. Они не представляют серьезной опасности для работоспособности приложения. При компилировании такие сбои легко исправляются. В отдельных случаях компилятор справляется с этой задачей самостоятельно. А вот критические весомые сбои говорят сами за себя. Они приводят к серьезным нарушениям ПО. Исправляются обычно путем проработки логики и значительных изменений программного кода.
Как классифицируют
Ошибки работы программ разделяются по разным факторам. Классификация у рядовых пользователей и разработчиков различается. То, что для первых – «просто программа вылетела» или «глючит», для вторых – огромная головная боль. Но существует и общепринятая классификация ошибок. Пример – по критичности:
- Серьезные неполадки. Это нарушения работоспособности приложения, которые могут приводить к непредвиденным крупным изменениям.
- Незначительные ошибки в программах. Чаще всего не оказывают серьезного воздействия на функциональность ПО.
Последний вариант требует особого внимания со стороны программистов. Их стараются обнаружить и устранить в первую очередь. Критические ошибки могут отложить релиз исходной программы на неопределенный срок.
Также существуют различные виды сбоев в плане частоты проявления: постоянные и «разовые». Вторые встречаются редко, чаще – при определенных настройках и действиях со стороны пользователя. Первые появляются независимо от используемой платформы и выполненных клиентом манипуляций.
Иногда может получиться так, что ошибка возникает только на устройстве конкретного пользователя. В данном случае устранение неполадки требует индивидуального подхода. Иногда – полной замены компьютера. Связано это с тем, что никто не будет редактировать исходный код, когда он «глючит» только у одного пользователя.
Типы багов
Ошибки в программах бывают:
- логическими;
- синтаксическими;
- взаимодействия;
- компиляционные;
- ресурсные;
- арифметические;
- среды выполнения.
Это – основная классификация сбоев в приложениях и операционных системах. Логические, синтаксические и «среды выполнения» встречаются в разработке чаще остальных. На них будет сделан основной акцент.
Ошибки синтаксиса
Синтаксические баги распространены среди новичков. Они относятся к категории «самых безобидных». С данной категорией ошибок способны справиться компиляторы тех или иных языков. Соответствующие инструменты показывают, где допущена неточность. Остается лишь понять, как исправить ее.
Синтаксические ошибки – ошибки синтаксиса, правил языка. Вот пример в Паскале:
Код написан неверно. Согласно действующим синтаксическим нормам, в Pascal в первой строчке нужно в конце поставить точку с запятой.
Логические
Тут стоит выделить обычные и арифметические типы. Вторые возникают, когда программе при работе необходимо вычислить много переменных, но на каком-то этапе расчетов возникают неполадки или нечто непредвиденное. Пример – получение в результатах «бесконечности».
Логические сбои обычного типа – самые сложные и неприятные. Их тяжелее всего обнаружить и исправить. С точки зрения языка программа может быть написана идеально, но работать неправильно. Подобное явление – следствие логической ошибки. Компиляторы их не обнаруживают.
Выше – пример логической ошибки в программе. Тут:
- Происходит сравнение значения i с 15.
- На экран выводится сообщение, если I = 15.
- В заданном цикле i не будет равно 15. Связано это с диапазоном значений – от 1 до 10.
Может показаться, что ошибка безобидная. В приведенном примере так и есть, но в более крупных программах такое явление приводит к серьезным последствиям.
Время выполнения
Run-time сбои – это ошибка времени выполнения программы. Встречается даже когда исходный код лишен логических и синтаксических ошибок. Связаны такие неполадки с ходом выполнения программного продукта. Пример – в процессе функционирования ПО был удален файл, считываемый программой. Если игнорировать подобные неполадки, можно столкнуться с аварийным завершением работы контента.
Самый распространенный пример в данной категории – это неожиданное деление на ноль. Предложенный фрагмент кода с точки зрения синтаксиса и логики написан грамотно. Но, если клиент наберет 0, произойдет сбой системы.
Компиляционный тип
Встречается при разработке на языках высокого уровня. Во время преобразований в машинный тип «что-то идет не так». Причиной служат синтаксические ошибки или сбои непосредственно в компиляторе.
Наличие подобных неполадок делает бета-тестирование невозможным. Компиляционные ошибки устраняются при разработке-отладке.
Ресурсные
Ресурсный тип ошибок – это сбои вроде «переполнение буфера» или «нехватка памяти». Тесно связаны с «железом» устройства. Могут быть вызваны действиями пользователя. Пример – запуск «свежих» игр на стареньких компьютерах.
Исправить ситуацию помогают основательные работы над исходным кодом. А именно – полное переписывание программы или «проблемного» фрагмента.
Взаимодействие
Подразумевается взаимодействие с аппаратным или программным окружением. Пример – ошибка при использовании веб-протоколов. Это приведет к тому, что облачный сервис не будет нормально функционировать. При постоянном возникновении соответствующей неполадки остается один путь – полностью переписывать «проблемный» участок кода, ответственный за соответствующий баг.
История происхождения термина
Баг – слово, которое используется разработчиками в качестве сленга. Оно произошло от слова «bug» – «жук». Точно неизвестно, откуда в программировании и IT возник соответствующий термин. Существуют две теории:
- 9 сентября 1945 года ученые из Гарварда тестировали очередную вычислительную машину. Она называлась Mark II Aiken Relay Calculator. Устройство начало работать с ошибками. Когда его разобрали, то ученые заметили мотылька, застрявшего между реле. Тогда некая Грейс Хоппер назвала произошедший сбой упомянутым термином.
- Слово «баг» появилось задолго до появления Mark II. Термин использовался Томасом Эдисоном и указывал на мелкие недочеты и трудности. Во время Второй Мировой войны «bugs» называли проблемы с радарной электроникой.
Второй вариант кажется более реалистичным. Это факт, который подтвержден документально. Со временем научились различать различные типы багов в IT. Далее они будут рассмотрены более подробно.
Определение
Ошибка в программировании (или так называемый баг) – это ситуация у разработчиков, при которой определенный код вследствие обработки выдает неверный результат. Причин данному явлению множество: неисправность компилятора, сбои интерфейса, неточности и нарушения в программном коде.
Баги обнаруживаются чаще всего в момент отладки или бета-тестирования. Реже – после итогового релиза готовой программы. Вот несколько вариантов багов:
- Появляется сообщение об ошибке, но приложение продолжает функционировать.
- ПО вылетает или зависает. Никаких предупреждений или предпосылок этому не было. Процедура осуществляется неожиданно для пользователя. Возможен вариант, при котором контент перезапускается самостоятельно и непредсказуемо.
- Одно из событий, описанных ранее, сопровождается отправкой отчетов разработчикам.
Ошибки в программах могут привести соответствующее приложение в негодность, а также к непредсказуемым алгоритмам функционирования. Желательно обнаруживать баги на этапе ранней разработки или тестирования. Лишь в этом случае программист сможет оперативно и относительно недорого внести необходимые изменения в код для отладки ПО.
Исключения и как избежать багов
Исключение – событие, при возникновении которых начинается «неправильное» поведение программы. Механизм, необходимый для стабилизации обработки неполадок независимо от типа ПО, платформ и иных условий. Помогают разрабатывать единые концепции ответа на баги со стороны операционной системы или контента.
- Программными. Они генерируются приложением или ОС.
- Аппаратными. Создаются процессором. Пример – обращение к невыделенной памяти.
Исключения нужны для охвата критических багов. Избежать неполадок помогут отладчики на этапе разработки. А еще – своевременное поэтапное тестирование программы.
P. S. Большой выбор курсов по тестированию есть и в Otus. Присутствуют варианты как для продвинутых, так и для начинающих пользователей.