Средства отладки языков программирования

10.2. Методы отладки программного обеспечения

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. При этом используют различные методы: ручного тестирования; индукции; дедукции; обратного прослеживания. Метод ручного тестирования. Это — самый простой и естественный способ данной группы. При обнаружении ошибки необходимо выполнить тестируемую программу вручную, используя тестовый набор, при работе с которым была обнаружена ошибка. Метод очень эффективен, но не применим для больших программ, программ со сложными вычислениями и в тех случаях, когда ошибка связана с неверным представлением программиста о выполнении некоторых операций. Данный метод часто используют как составную часть других методов отладки. Метод индукции. Метод основан на тщательном анализе симптомов ошибки, которые могут проявляться как неверные результаты вычислений или как сообщение об ошибке. Если компьютер просто «зависает», то фрагмент проявления ошибки вычисляют, исходя из последних полученных результатов и действий пользователя. Полученную таким образом информацию организуют и тщательно изучают, просматривая соответствующий фрагмент программы. В результате этих действий выдвигают гипотезы об ошибках, каждую из которых проверяют. Если гипотеза верна, то детализируют информацию об ошибке, иначе — выдвигают другую гипотезу. Последовательность выполнения отладки методом индукции показана на рис. 10.3 в виде схемы алгоритма. Самый ответственный этап — выявление симптомов ошибки. Организуя данные об ошибке, целесообразно записать все, что известно о ее проявлениях, причем фиксируют, как ситуации, в которых фрагмент с ошибкой выполняется нормально, так и ситуации, в которых ошибка

проявляется. Если в результате изучения данных никаких гипотез не появляется, то необходима дополнительная информация об ошибке. Дополнительную информацию можно получить, например, в результате выполнения схожих тестов. В процессе доказательства пытаются выяснить, все ли проявления ошибки объясняет данная гипотеза, если не все, то либо гипотеза не верна, либо ошибок несколько. Метод дедукции. По методу дедукции вначале формируют множество причин, которые могли бы вызвать данное проявление ошибки. Затем анализируя причины, исключают те, которые противоречат имеющимся данным. Если все причины исключены, то следует выполнить дополнительное тестирование исследуемого фрагмента. В противном случае наиболее вероятную гипотезу пытаются доказать. Если гипотеза объясняет полученные признаки ошибки, то ошибка найдена, иначе — проверяют следующую причину (рис. 10.4). Метод обратного прослеживания. Для небольших программ эффективно применение метода обратного прослеживания. Начинают с точки вывода неправильного результата. Для этой точки строится гипотеза о значениях основных переменных, которые могли бы привести к получению имеющегося результата. Далее, исходя из этой гипотезы, делают предложения о значениях переменных в предыдущей точке. Процесс продолжают, пока не обнаружат причину ошибки.

10.3. Методы и средства получения дополнительной информации

Для получения дополнительной информации об ошибке можно выполнить добавочные тесты или использовать специальные методы и средства: • отладочный вывод; • интегрированные средства отладки; • независимые отладчики. Отладочный вывод. Метод требует включения в программу дополнительного отладочного вывода в узловых точках. Узловыми считают точки алгоритма, в которых основные переменные программы меняют свои значения. Например, отладочный вывод следует предусмотреть до и после завершения цикла изменения некоторого массива значений. (Если отладочный вывод предусмотреть в цикле, то будет выведено слишком много значений, в которых, как правило, сложно разбираться.) При этом предполагается, что, выполнив анализ выведенных значений, программист уточнит момент, когда были получены неправильные значения, и сможет сделать вывод о причине ошибки. Данный метод не очень эффективен и в настоящее время практически не используется, так как в сложных случаях в процессе отладки может потребоваться вывод большого количества — «трассы» значений многих переменных, которые выводятся при каждом изменении. Кроме того, внесение в программы дополнительных операторов может привести к изменению проявления ошибки, что нежелательно, хотя и позволяет сделать определенный вывод о ее природе. Примечание. Ошибки, исчезающие при включении в программу или удалению из нее какихлибо «безобидных» операторов, как правило, связаны с «затиранием» памяти. В результате

добавления или удаления операторов область затирания может сместиться в другое место и ошибка либо перестанет проявляться, либо будет проявляться по-другому. Интегрированные средства отладки. Большинство современных сред программирования (Delphi, Builder C++, Visual Studio и т. д.) включают средства отладки, которые обеспечивают максимально эффективную отладку. Они позволяют: • выполнять программу по шагам, причем как с заходом в подпрограммы, так и выполняя их целиком; • предусматривать точки останова; • выполнять программу до оператора, указанного курсором; отображать содержимое любых переменных при пошаговом выполнении; • отслеживать поток сообщений и т. п. На рис. 10.5 показан вид программы в момент перехода в режим пошагового выполнения по достижении точки останова в Delphi. В этот момент программист имеет возможность посмотреть значения интересующих его переменных. Применять интегрированные средства в рамках среды достаточно просто. Используют разные приемы в зависимости от проявлений ошибки. Если получено с о о б щ е н и е о б о ш и б к е, то сначала уточняют, при выполнении какого оператора программы оно получено. Для этого устанавливают точку останова в начало фрагмента, в котором проявляется ошибка, и выполняют операторы в пошаговом режиме до проявления ошибки. Аналогично поступают при «з а в и с а н и и» к о м п ь ю т е р а. Если получены н е п р а в и л ь н ы е р е з у л ь т а т ы, то локализовать ошибку обычно существенно сложнее. В этом случае сначала определяют фрагмент, при выполнении которого получаются неправильные результаты. Для этого последовательно проверяют интересующие значения в узловых точках. Обнаружив значения, отличающиеся от ожидаемых, по шагам трассируют соответствующий фрагмент до выявления оператора, выполнение которого дает неверный результат.

Для уточнения природы ошибки возможен анализ машинных кодов, флагов и представления программы и значений памяти в 16-ричном виде (рис. 10.6). Причину ошибки определяют, используя один из методов, рассмотренных в § 10.2. При этом для проверки гипотез также можно использовать интегрированные средства отладки. Отладка с использованием независимых отладчиков. При отладке программ иногда используют специальные программы — отладчики, которые позволяют выполнить любой фрагмент программы в пошаговом режиме и проверить содержимое интересующих программиста переменных. Как правило такие отладчики позволяют отлаживать программу только в машинных командах, представленных в 16-ричном коде.

Источник

22.Отладка. Общие принципы, методы отладки. Взаимосвязь процессов тестирования и отладки, использование автоматических средств отладки

Отладка (debug, debugging) — этап разработки компьютерной программы, на котором обнаруживают, локализуют и устраняют ошибки. Чтобы понять, где возникла ошибка, приходится: узнавать текущие значения переменных; выяснять, по какому пути выполнялась программа.

Процесс отладки начинается с попытки воспроизвести проблему, что может оказаться не простой задачей при программировании параллельных процессов или при некоторых необычных ошибках, известных как гейзенбаги.

1. Использование отладчиков — программ, которые включают в себя пользовательский интерфейс для пошагового выполнения программы: оператор за оператором, функция за функцией, с остановками на некоторых строках исходного кода или при достижении определённого условия.
2. Вывод текущего состояния программы с помощью расположенных в критических точках программы операторов вывода — на экран, принтер, громкоговоритель или в файл. Вывод отладочных сведений в файл называется журналированием.

1. Отладчик – программный инструмент, позволяющий программисту наблюдать за выполнением исследуемой программы, останавливать и перезапускать её, прогонять в замедленном темпе, изменять значения в памяти и даже, в некоторых случаях, возвращать назад по времени.
2. Профилировщики – позволяют определить сколько времени выполняется тот или иной участок кода, а анализ покрытия позволит выявить неисполняемые участки кода.
3. API логгеры – позволяют программисту отследить взаимодействие программы и Windows API при помощи записи сообщений Windows в лог.
4. Дизассемблеры позволят программисту посмотреть ассемблерный код исполняемого файла
5. Сниферы помогут программисту проследить сетевой трафик генерируемой программой
6. Сниферы аппаратных интерфейсов позволят увидеть данные которыми обменивается система и устройство.
7. Логи системы.

Использование языков программирования высокого уровня, таких как Java, обычно упрощает отладку, поскольку содержат такие средства как обработка исключений, сильно облегчающие поиск источника проблемы. В некоторых низкоуровневых языках, таких как Ассемблер, ошибки могут приводить к незаметным проблемам — например, повреждениям памяти или утечкам памяти, и бывает довольно трудно определить, что стало первоначальной причиной ошибки. В этих случаях, могут потребоваться изощрённые приёмы и средства отладки.

Отладка = Тестирование + Поиск ошибок + Редактирование

Виды отладки ПО, включая тестирование (в нашей стране).

1. Автономная отладка. Последовательное раздельное тестирование различных частей программ, входящих в ПО, с поиском и исправлением в них фиксируемых при тестировании ошибок. Она фактически включает отладку каждого программного модуля и отладку сопряжения модулей.
2. Комплексная отладка. Тестирование ПО в целом с поиском и исправлением фиксируемых при тестировании ошибок во всех документах (включая тексты программ ПО), относящихся к ПО в целом. К таким доку-ментам относятся определение требований к ПО, спецификация качества ПО, функциональная спецификация ПО, описание архитектуры П.О. и тексты программ ПО.
1. Синтаксическая отладка. Синтаксические ошибки выявляет компилятор, поэтому исправлять их достаточно легко.
2. Семантическая (смысловая) отладка. Ее время наступает тогда, когда синтаксических ошибок не осталось, но результаты программа выдает неверные. Здесь компилятор сам ничего выявить не сможет, хотя в среде программирования обычно существуют вспомогательные средства отладки, о которых мы еще поговорим.

Взаимосвязь процессов тестирования и отладки через алгоритм отладки.

После того как написан рабочий код производятся тестовые запуски программы на различных наборах тестовых данных.

При этом тестер или программист заранее должны получить контрольный результат с которым будет идти сверка работы проверяемого кода.

В случае обнаружения расхождений между контрольным и фактическим результатами, начинается поиск проблемного участка кода и выявление ошибок вышеуказанными способами.

Средства автоматического тестирования исходного кода программ.

Основной прием здесь это создание тестов исходного текста, которые будут применены к тестируемому участку кода, а система тестирования сообщит об их результатах.

Примерами таких систем могут быть: встроенный модуль doctest в Python и мультиязыковая библиотека тестирования xUnit, распространяемая на условиях GNU/GPL и LGPL. Основа применения всех этих средств и техник это разбиение одной большой задачи на ряд четких и более маленьких задач.

Источник