Отладка программы
Отла́дка — этап разработки компьютерной программы, на котором обнаруживают, локализуют и устраняют ошибки. Чтобы понять, где возникла ошибка, приходится :
Существуют две взаимодополняющие технологии отладки.
Содержание
Место отладки в цикле разработки программы
Типичный цикл разработки, за время жизни программы многократно повторяющийся, выглядит примерно так:
Инструменты
Способности программиста к отладке — это, по-видимому, важнейший фактор в обнаружении источника проблемы, но сложность отладки сильно зависит от используемого языка программирования и инструментов, в частности, отладчиков.
Инструменты отладки
Отладчик представляет из себя 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.
Также полезными инструментами в руках программиста могут оказаться:
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.
«Наш личный выбор — стараться не использовать отладчики, кроме как для просмотра стека вызовов или же значений пары переменных. Одна из причин этого заключается в том, что очень легко потеряться в деталях сложных структур данных и путей исполнения программы. Мы считаем пошаговый проход по программе менее продуктивным, чем усиленные размышления и код, проверяющий сам себя в критических точках.
Щёлканье по операторам занимает больше времени, чем просмотр сообщений операторов выдачи отладочной информации, расставленных в критических точках. Быстрее решить, куда поместить оператор отладочной выдачи, чем проходить шаг за шагом критические участки кода, даже предполагая, что мы знаем, где находятся такие участки. Более важно то, что отладочные операторы сохраняются в программе, а сессии отладчика переходящи.
Слепое блуждание в отладчике, скорее всего, непродуктивно. Полезнее использовать отладчик, чтобы выяснить состояние программы, в котором она совершает ошибку, затем подумать о том, как такое состояние могло возникнуть. Отладчики могут быть сложными и запутанными программами, особенно для новичков, у которых они вызовут скорее недоумение, чем принесут какую либо пользу…»
«Отладка сложна и может занимать непредсказуемо долгое время, поэтому цель в том, чтобы миновать большую её часть. Технические приёмы, которые помогут уменьшить время отладки, включают хороший дизайн, хороший стиль, проверку граничных условий, проверку правильности исходных утверждений и разумности кода, защитное программирование, хорошо разработанные интерфейсы, ограниченное использование глобальных переменных, автоматические средства контроля и проверки. Грамм профилактики стоит тонны лечения.»
Инструменты, снижающие потребность в отладке
Другое направление — сделать, чтобы отладка нужна была как можно реже. Для этого применяются:
Безопасность программного кода и отладка
В программном коде может быть так называемое недокументированное поведение — серьёзные ошибки, которые не проявляются при нормальном ходе выполнения программы, однако весьма опасны для безопасности всей системы в случае целенаправленной атаки. Чаще всего это результат ошибок программиста. Наиболее известные примеры — это SQL-инъекция и переполнение буфера. В данном случае задача отладки это:
Что такое отладка?
Отладчик Visual Studio — очень эффективное средство. Прежде чем приступать к его использованию, следует ознакомиться с базовыми терминами, такими как отладчик, отладка и режим отладки. Когда позднее мы будем вести речь о поиске и устранении ошибок, мы будем иметь в виду то же самое.
Отладчик и отладка
Термин отладка может иметь разные значения, но в первую очередь он означает устранение ошибок в коде. Делается это по-разному. Например, отладка может выполняться путем проверки кода на наличие опечаток или с помощью анализатора кода. Код можно отлаживать с помощью профилировщика производительности. Кроме того, отладка может производиться посредством отладчика.
Отладчик — это узкоспециализированное средство разработки, которое присоединяется к работающему приложению и позволяет проверять код. В документации по отладке для Visual Studio именно это обычно подразумевается под отладкой.
Режим отладки и выполнение приложения
При первом запуске приложения в Visual Studio его можно запустить, нажав кнопку с зеленой стрелкой 
на панели инструментов (или клавишу F5). По умолчанию в раскрывающемся списке слева отображается элемент Отладка. Если вы не имеете опыта работы с Visual Studio, может показаться, что отладка приложения — это практически то же самое, что его запуск. На самом деле эти задачи хоть и связаны, но коренным образом различаются.
Значение Отладка соответствует конфигурации отладки. Когда вы запускаете приложение (нажимая зеленую стрелку или клавишу F5) в конфигурации отладки, оно запускается в режиме отладки. Это означает, что приложение запускается с присоединенным отладчиком. В результате вы получаете полный набор функций отладки, которые можно использовать для поиска ошибок в приложении.
Если у вас открыт проект, выберите в раскрывающемся списке Отладка элемент Выпуск.
При выборе этого параметра конфигурация отладки для проекта меняется на конфигурацию выпуска. Проекты Visual Studio имеют отдельные конфигурации выпуска и отладки для вашей программы. Производится построение отладочной версии для отладки и версии выпуска для окончательного выпуска программы. Сборка выпуска оптимизирована для обеспечения максимальной производительности, а отладочная сборка лучше подходит для отладки.
Когда следует использовать отладчик
Отладчик — важнейший инструмент для поиска и устранения ошибок в приложениях. Однако большое значение имеет контекст. Важно использовать все средства, имеющиеся в вашем распоряжении, чтобы быстро устранять ошибки. Зачастую лучшим «средством» являются правильные методики написания кода. Зная, когда лучше использовать отладчик, а когда — другие средства, вы также сможете более эффективно использовать отладчик.
Следующие шаги
Из этой статьи вы узнали общие принципы отладки приложений. Теперь вы можете приступить к знакомству с процессом отладки в Visual Studio и написанию кода с меньшим количеством ошибок. В следующих статьях приводятся примеры кода на C#, но основные понятия применимы ко всем языкам, поддерживаемым средой Visual Studio.
8.5. Для чего нужны отладка и тестирование? 8.6. В чем заключается отладка? 8.7. Что такое тест и тестирование? 8.8. Какими должны быть тестовые данные? 8.9. Из каких этапов состоит процесс тестирования?
8.5. Для чего нужны отладка и тестирование?
8.6. В чем заключается отладка?
В современных программных системах (Turbo Basic, Turbo Pascal, Turbo C и др.) отладка осуществляется часто с использованием специальных программных средств, называемых отладчиками. Эти средства позволяют исследовать внутреннее поведение программы.
Программа-отладчик обычно обеспечивает следующие возможности:
При отладке программ важно помнить следующее:
8.7. Что такое тест и тестирование? 
Как бы ни была тщательно отлажена программа, решающим этапом, устанавливающим ее пригодность для работы, является контроль программы по результатам ее выполнения на системе тестов.
| Программу условно можно считать правильной, если её запуск для выбранной системы тестовых исходных данных во всех случаях дает правильные результаты. |
Для реализации метода тестов должны быть изготовлены или заранее известны эталонные результаты.
| Вычислять эталонные результаты нужно обязательно до, а не после получения машинных результатов. |
В противном случае имеется опасность невольной подгонки вычисляемых значений под желаемые, полученные ранее на машине.
8.8. Какими должны быть тестовые данные?
Тестовые данные должны обеспечить проверку всех возможных условий возникновения ошибок:
Пример. Система тестов для задачи нахождения корней квадратного уравнения ax 2 + bx + c = 0 :
к задачам из плаката
«Выбери свой университет»
в школах Москвы
Отладка и тестирование программы
Вы будете перенаправлены на Автор24
Отладка программы – это процесс поиска и устранения ошибок в программе, который производится после её прогона на компьютере.Тестирование – это процесс проверки правильности работы всей программы или ее составных частей.
Отладка производится для локализации и устранения синтаксических ошибок и явных ошибок кодирования. При тестировании проводится проверка работоспособности программы, которая не содержит явных ошибок. При тестировании устанавливается факт наличия ошибок, а отладка проводится для выяснения ее причины.
Термин debugging (с англ – отладка) дословно обозначает «вылавливание жучков». Он появился в 1945 г. после случая, когда компьютер «Марк-1» прекратил работу вследствие попадания в его электрические цепи мотылька, который заблокировал одно из реле вычислительной машины.
Отладка программы
В современных системах программирования (например, Turbo C, Turbo Pascal, Turbo Basic и др.) отладку осуществляет зачастую специальное программное средство – отладчик, который позволяет исследовать внутреннее поведение программы.
При выполнении отладки программы нужно придерживаться следующих правил:
Готовые работы на аналогичную тему
Тест и тестирование
Если программа прошла отладку и явные ошибки не выявляются, пригодность программы для работы, которая является решающей характеристикой, устанавливает контроль программы по результатам ее выполнения на системе тестов.
Программу условно считают правильной, если при ее запуске для выбранных тестовых исходных данных она во всех случаях позволяет получать правильные результаты.
По замечанию известного теоретика программирования Э. Дейкстра, тестирование показывает только наличие ошибок, а не их отсутствие. Нередко бывает, что при вводе новых входных данных вызывается «отказ» или получают неверные результаты работы программы, которая была полностью отлажена.
Для выполнения тестирования должны быть подготовлены или заранее известны эталонные результаты, которые вычислять необходимо до получения машинных результатов, а не после. В обратном случае можно получить невольно подогнанные вычисляемые значения под желаемые, которые были ранее получены на машине.
Тестовые данные
Обеспечение проверки всех возможных условий возникновения ошибок должно ложится на правильно подобранные тестовые данные:
Рассмотрим на примере систему тестовых данных для задачи нахождения корней квадратного уравнения ax^2+bx+c=0:
Этапы процесса тестирования
Процесс тестирования зачастую делится на 3 этапа:
При подготовке тестовых данных и проведении тестирования нужно учитывать следующие моменты:
Наихудшей ситуацией может быть случай, когда программа воспринимает неверные данные в качестве правильных, и выдает в результате неверный, но правдоподобный результат. При составлении программы нужно продумать вариант, чтобы она сама отвергала любые данные, которые она не в состоянии обрабатывать правильно.
Отладка и тестирование программ
Отладка программы – это деятельность, направленная на обнаружение и исправление ошибок в программе. Обнаружить ошибки, связанные с нарушением правил записи программы на языке программирования (синтаксические и семантические ошибки), помогает используемая система программирования. Пользователь получает сообщение об ошибке, исправляет ее и снова повторяет попытку исполнить программу.
Тестирование программы – это процесс выполнения программы с целью обнаружения ошибки в программе на некотором наборе данных, для которого заранее известен результат применения или известны правила поведения этих программ. Указанный набор данных называется тестовым, или просто тестом. Прохождение теста – необходимое условие подтверждения правильности программы. На тестах проверяется правильность реализации программой запланированного алгоритма. Таким образом, отладку можно представить в виде многократного повторения трех процессов: тестирования, в результате которого может быть констатировано наличие в ПС ошибки, поиска места ошибки в программах и документации ПС и редактирования программ и документации с целью устранения обнаруженной ошибки.
Успех отладки в значительной степени предопределяет рациональная организация тестирования. При отладке отыскиваются и устраняются в основном те ошибки, наличие которых в программе устанавливается при тестировании. Тестирование не может доказать правильность программы, в лучшем случае оно может продемонстрировать наличие в нем ошибки. Другими словами, нельзя гарантировать, что тестированием программы на соответствующих наборах тестов можно установить наличие каждой имеющейся в программе ошибки. Поэтому возникают две задачи. Первая: подготовить такой набор тестов и применить к ним программу, чтобы обнаружить в нем по возможности большее число ошибок. Однако чем дольше продолжается процесс тестирования (и отладки в целом), тем выше становится стоимость программы. Отсюда вторая задача: определить момент окончания отладки программы (или отдельной ее компоненты). Признаком возможности окончания отладки является полнота охвата тестами, к которым применена программа, множества различных ситуаций, возникающих при выполнении программы, и относительно редкое проявление ошибок в программе на последнем отрезке процесса тестирования. Последнее определяется в соответствии с требуемой степенью надежности программы, указанной в спецификации ее качества.
Для оптимизации набора тестов, т.е. для подготовки такого набора тестов, который позволял бы при заданном их числе (или при заданном интервале времени, отведенном на тестирование) обнаруживать большее число ошибок, необходимо, во-первых, заранее планировать этот набор и, во-вторых, использовать рациональную стратегию планирования тестов.
Таким образом, тестирование и отладка включают в себя синтаксическую отладку; отладку семантики и логической структуры программы; тестовые расчеты и анализ результатов тестирования. Затем идет совершенствование программы.
Документирование программы.При разработке ПС создается большой объем разнообразной документации. Продуманная документация программных разработок облегчает совместную работу над проектом больших групп программистов, позволяет подключать новых людей, избегать дублирования многих действий. В итоге повышается производительность труда программистов и увеличивается надежность кода. Кроме того, документация необходима для управления разработкой ПС и для передачи пользователям информации, необходимой для применения и сопровождения ПС. На создание этой документации приходится большая доля стоимости ПС.
Всю документацию можно разбить на две группы:
– документы управления разработкой ПС;
– документы, входящие в состав ПС.
Документы управления разработкой ПС протоколируют процессы разработки и сопровождения ПС, обеспечивая связи внутри коллектива разработчиков и между коллективом разработчиков и менеджерами – лицами, управляющими разработкой.
Пользовательская документация ПС объясняет пользователям, как они должны действовать, чтобы применить данное ПС.
Она необходима, если ПС предполагает какое-либо взаимодействие с пользователями. К такой документации относятся документы, которыми руководствуется пользователь при инсталляции ПС, при применении ПС для решения своих задач и при управлении ПС (например, когда данное ПС взаимодействует с другими системами). Эти документы частично затрагивают вопросы сопровождения ПС, но не касаются вопросов, связанных с модификацией программ.
Контрольные вопросы
1. Что такое система программирования?
2. Что относится к технологии OLE?
4. Что такое модульное программирование?
5. Назовите основные принципы объектно-ориентрованного программирования.
6. Что относится к процедурному программированию?
7. Как происходит отладка и тестирование программ?
8. Какие виды документации используют при разработке программ?