Отладка (или дебаггинг) – это поиск, анализ и устранение ошибок в том или ином программном обеспечении, обнаруженных в процессе тестирования. Соответствующий процесс является очень важным этапом программирования.
Далее предстоит познакомиться с отладкой программ поближе. Необходимо выяснить предназначение соответствующей операции, а также рассмотреть методы ее реализации и виды встречающихся ошибок. А еще – выяснить, как организовывается отладка программного кода в современных IDE. Представленная ниже информация ориентирована на широкую публику. Она подойдет для изучения как обычными пользователями для общего представления особенностей разработки, так и IT-специалистами.
Определение
Отладка – это этап разработки программного продукта. Во время нее разработчики обнаруживают, локализуют и устраняют разнообразные ошибки.
Так называют процесс поиска первопричины, обходных путей и возможных методов устранения сбоев программного обеспечения. Для понимания того, где возникла ошибка, необходимо узнавать текущие значения переменных, а затем определять, по какому пути выполнялась программа.
Реализация программы возможна при помощи нескольких технологий:
- Использование так называемых отладчиков. Это специальные программы с пользовательским интерфейсом, которые применяются для пошагового выполнения проекта. Они позволяют понять, где именно возник сбой.
- Вывод текущего состояния приложения при помощи расположенных в критических точках программы операторов вывода: на экран, принтер, громкоговоритель или в файл. Вывод отладочных операций в документ – это журналирование.
Что такое отладка программы, понятно. Теперь этот процесс можно изучить более детально, а также рассмотреть возможные типы ошибок.
Какими могут быть ошибки
Ошибки при разработке программного обеспечения бывают разными. В зависимости от их вида меняется способ обнаружения и устранения сбоев. Далее будут рассмотрены все возможные типы ошибок в программных продуктах.
Ошибки компиляции
Это – самая простая категория ошибок, встречающаяся в компилируемых языках. Их обнаруживает компилятор – программа, которая преобразует текст, написанный на том или ином языке программирования в машинный код. Если компилятор ссылается на несколько ошибок, отладка начинается с исправления самой первой из них. Это вызвано тем, что первый обнаруженный системой сбой может послужить причиной остальных неполадок.
В интерпретируемых языках текст программного продукта последовательно переводится в машинный код, а затем сразу исполняется. К моменту обнаружения ошибки часть приложения уже может быть успешно реализована.
Ошибки компоновки
Эта категория сбоев связана с разрешением внешних ссылок. Их выявляет компоновщик (или редактор связей) при объединении модулей проекта.
Примером подобного типа сбоев может быть ситуация, при которой необходимо обратиться к подпрограмме другого модуля, но в процессе компоновки соответствующий элемент не обнаружен. Такие ошибки, как и в случае с компиляцией, достаточно легко обнаружить и отладить.
Runtime errors
Это ошибки, обнаруженные операционной системой, аппаратными средствами или пользователями в процессе работы с проектом. Они являются непредсказуемыми. Отладка таких сбоев более сложная. Появляется соответствующая категория неполадок обычно после компиляции и компоновки.
Здесь выделяются следующие виды проявления сбоев:
- Сообщение об ошибке, зафиксированной схемами контроля машинных команд. Примеры – переполнение разрядной сетки, нарушение адресации, «деление на ноль».
- Сообщение о сбое, зафиксированном операционной системой. Оно является своеобразной документацией неполадки и помогает дальнейшей отладке. Это нарушение защиты памяти, отсутствие документа с заданным именем, попытка записи на устройство с защитой от подобной операции.
- Зависание или полное прекращение работы устройства. Подобное поведение вызывают как простые сбои, не требующие перезагрузки устройства, так и более сложные.
- Получение результатов, отличных от ожидаемых. Проект функционирует стабильно, но выдает некорректный результат.
Рассматриваемая категория сбоев может делиться на три крупные группы:
- Ошибки определения данных или неверное определение исходных данных. Обычно возникают в процессе выполнения операций ввода-вывода.
- Логические сбои. Возникают из-за ошибок, допущенных в процессе выбора методов, разработке алгоритмов, определении информационной структуры, кодировании модулей.
- Ошибки накопления погрешностей. Возникают при неправильном округлении, а также ввиду игнорирования ограничений разрядной сетки, использования приближенных методов расчета.
Отладка приложений с подобными неполадками может вызывать некоторые трудности, особенно у начинающих тестировщиков/разработчиков.
Методы отладки
Отладка – это процесс, который может быть реализован при помощи самых разных подходов. Каждый из них предусматривает свои ключевые особенности и нюансы. Знать о них необходимо всем, кто планирует заниматься разработкой, тестированием и отладкой приложений.
Ручное тестирование
Концепция отладки, подразумевающая тестирование проекта вручную при помощи тестового набора, при работе с которым возникла неполадка. Это эффективный метод, но он не является универсальным. Ручное тестирование не годится для крупных приложений или программ со сложными вычислениями. Зато такая концепция служит отличным дополнением других методов отладки.
Метод индукции
В основе отладки системы заложен тщательный анализ проявлений неполадки. Сюда относят сообщения об ошибках, неверные результаты вычислений.
Пример – если во время работы программы компьютер зависает, для поиска фрагмента появления неполадки требуется тщательный анализ последних пользовательских действий. В процессе отладки будут формироваться разнообразные гипотезы. Каждая из них пройдет проверку.
Если та или иная гипотеза подтвердилась, информация о неполадке детализируется, в противном случае – разрабатываются новые предположения.
Выше можно увидеть наглядную схему реализации рассматриваемого метода отладки. Необходимо, чтобы выдвинутая гипотеза объясняла все проявления неполадки. Если объяснить получилось только их часть, то предположение или неверно, или ошибок несколько.
Метод дедукции
Данная концепция осуществляется в несколько этапов:
- Специалисты предлагают множество причин, по которым приложение работает некорректно.
- Каждая гипотеза анализируется.
- Противоречащие имеющимся данным причины исключаются.
- Если все выдвинутые гипотезы исключены, организовывается дополнительное тестирование. В противном случае – доказывается наиболее вероятная причина.
Отлаживать приложения подобным методом бывает нелегко. Лучше всего применять соответствующий прием в компании разработчиков, а не тогда, когда над проектом трудится один человек.
Метод обратного прослеживания
Подход, который эффективен при отладке небольших приложений. Он начинается с точки вывода неправильных результатов. Для нее выдвигается гипотеза о значениях основных переменных, которые могли повлечь за собой некорректную работу программного обеспечения. После этого, на основании соответствующего предположения, строятся гипотезы о значениях переменных в предыдущей точке. Операция продолжается до тех пор, пока неполадка не будет обнаружена.
Выполнение отладки в современных IDE
В IDE обычно используются программы-отладчики. Ранние их представления были отдельным программным обеспечением с интерфейсом командной строки. Более поздние (пример – Turbo Debugger) разработки стали автономными, но имели собственный графический интерфейс для более простой работы.
На данный момент большинство IDE оснащены встроенными отладчиками. Они задействуют такой же интерфейс и кодовый редактор, поэтому отладка приложений может осуществляться в той же среде, где и состоялось написание исходного кода.
Отладчик позволяет программисту контролировать реализацию и проверять/менять состояние проектов. Пример – допустимо использование отладчиков для построчной реализации программного продукта, проверяя на ходу значения переменных.
Пошаговым выполнением называется набор связанных функций отладчика, с помощью которых код может быть выполнен шаг за шагом.
Шаг с заходом
Команда будет выполнять ту или иную инструкцию, а затем приостанавливает процесс, чтобы при помощи отладчика можно было проверить состояние проекта. Если в исполняемом операторе имеется вызов функции, рассматриваемая концепция заставит приложение переходить в начало вызываемой функции, где она приостанавливается.
Шаг с обходом (step over)
Команда будет выполнять очередную инструкцию. При входе в вызовы функций и их построчном выполнении, step over выполнит всю функцию, не останавливаясь. После этого метод передаст управление программе. Команда step over дает возможность пропускать функции, если программист уверен в их исправности, а также не заинтересован в их отладке на текущий момент.
Шаг с выходом
Команда step out будет выполнять не следующую строку кода, а всю оставшуюся часть функции, реализация которой осуществляется на текущий момент. После возврата функции метод возвращает управление программисту. Соответствующая команда будет полезна, если специалист случайно вошел в функцию, не требующую отладки.
Полезные инструменты
Отладчик – это программный инструмент, позволяющий специалисту наблюдать за выполнением проекта, останавливать и перезапускать его, прогонять в замедленном темпе, менять значения памяти и иногда – возвращать назад по времени. Он является основным помощником при поиске и исправлении неполадок.
Также полезными могут оказаться:
- Профилировщики. Они дают возможность определять время выполнения того или иного участка кода. Анализ соответствующих данных позволяет выявлять неисполняемые участки кода.
- API-логгеры. Используются для отслеживания взаимодействия программы и Windows API через запись сообщений системы в лог.
- Дизассемблеры. Дают возможность посмотреть ассемблерный код исполняемого документа.
- Системные логи.
- Снифферы. Позволяют отслеживать сетевой трафик, генерируемый программой.
Что делает отладка, понятно. Лучше изучить этот процесс, а также обучиться языкам разработки и тестированию приложений, помогут дистанционные компьютерные курсы.
Хотите освоить современную IT-специальность? Огромный выбор курсов по востребованным IT-направлениям есть в Otus!
