Средства и методы отладки
Отладка начинается после обнаружения ошибки. Существуют следующие средства обнаружения причины ошибки и ее локализации:
1. Листинг исходного кода.
2. Подробная спецификация программы.
3. Детальный алгоритм программы, представленный в виде блок-схемы, схемы действий, таблицы решений и т.п.
4. Выходной листинг.
5. Анализ последовательности выполнения операторов и оценка ожидаемых значений переменных.
6. Отслеживание обращений к подпрограммам.
7. Дампы памяти.
Эти средства предполагают проведение внимательного анализа программы за столом.
Существенную помощь в отладке оказывают инструментальные средства:
• отладочные компиляторы применительно к языку программирования;
• специальные средства расширения языка программирования для контроля типов и диапазонов значений данных, обработки исключительных ситуаций и т.д.;
• средства для печати значений используемых переменных при аварийном завершении программы, для трассировки значений переменных в процессе выполнения программы и т.п.;
• пакеты программ для прослеживания потоков управления и данных в программе, контроля индексов и регистрации вызовов подпрограмм;
• генераторы тестовых данных, формирующие тестовые наборы данных в соответствии со спецификациями, задаваемыми пользователем;
• специальные он-лайновые отладчики, обеспечивающие автоматизацию рестартов, остановов и прерываний программы, просмотр работы отдельных операторов и т.п.;
• пакеты словарей/справочников данных, позволяющие контролировать имена и типы данных и их использование разными модулями программы;
• CASE-средства для построения схем потоков данных, моделей данных, схем алгоритмов и т.п.;
• автоматизированные рабочие места программистов, включающие большинство из перечисленных средств.
Для отладки применяется ряд методов, которые можно укруп-ненно представить в виде следующих групп.
1. Метод "грубой силы". Наиболее распространенный и традиционно используемый программистами подход; связан со всесторонним анализом за столом исходного кода и алгоритма программы, выходных результатов и сообщений компилятора.
Прежде ши роко использовался анализ содержимого памяти (дампа памяти) обычно в шестнадцатеричной или восьмеричной форме.
Для повышения эффективности отладки в текст программы включают операторы отладочного кода. Наиболее просто осуществить вставку операторов, которые регистрируют результаты исполнения конкретного оператора. Часто — это распечатка выборочных значений переменных. Кроме того, может осуществляться проверка завершения логических участков программ, результаты выполнения условий и т.п. Такой метод вставок предполагает, что после проверяемых включаются операторы, регистрирующие результаты выполнения контролируемых. После завершения отладки программы отладочные операторы можно оставить в виде комментариев для возможного использования их в дальнейшем на этапе сопровождения программного изделия.
К сожалению, подобный подход требует использования большого объема тестовых данных, поскольку процедура локализации ошибок достаточно случайна. Хотя программисту предоставляется возможность работать за терминалом, анализируя работу программы в динамике и используя при этом разнообразные инструментальные отладочные средства, эффективность его работы методом проб и ошибок остается низкой.
Опыт разработки особенно сложных программ показывает, что более рационально искать местоположение ошибки не путем многократного выполнения программы со случайными тестовыми наборами данных, а путем систематического и тщательного обдумывания и анализа решаемой задачи.
2. Метод индукции. Большая часть ошибок может быть локализована в результате анализа алгоритма решаемой задачи, используя стратегию движения от частного к общему. В результате тестирования разработчик получает данные, отражающие как правильные, так и неверные действия программы- Данные должны быть систематизированы и хорошо структурированы (например, представлены в табличной форме), с указанием симптомов ошибки, места и времени ее появления. Одновременно указываются тестовые наборы данных, приводящие к неверным результатам, и те, которые дают правильный результат.
В результате анализа этих данных и взаимосвязей между различными признаками ошибки выявляются определенные закономерности и формулируется гипотеза о причинах ошибки.
Для доказательства правильности выдвинутой гипотезы необходимо показать, что она полностью объясняет все обнаруженные симптомы ошибки. В противном случае гипотеза отвергается и процесс необходимо повторить, собрав предварительно дополнительные данные для выдвижения новой гипотезы.
3. Метод дедукции. Метод предполагает, что на основе результатов тестирования выдвигается множество возможных гипотез о причине ошибки. Затем из общего списка исключаются предположения, которым противоречат данные тестирования. Если в результате анализа будут исключены все выдвинутые гипотезы, то необходимо с помощью тестирования собрать дополнительные данные и повторить процедуру выдвижения новых предположений о причине ошибки. Когда остается несколько предположений, все они тщательно анализируются, начиная с наиболее правдоподобного. Выбранная гипотеза всесторонне рассматривается и уточняется. Доказательство ее правильности осуществляется, как в предыдущем методе, и, если она оказывается верной, на ее основе находится ошибка.
4. Инверсное прослеживание логики программы. Для небольших программ анализ логики выполнения программы в обратном направлении оказывается довольно эффективным способом обнаружения ошибки. Отладка начинается с точки программы, где обнаружен неверный результат или произошел останов программы. На основе полученных в этой точке значений переменных необходимо определить, исходя из логики программы, какие результаты должны были быть при правильной работе программы. Последовательное продвижение к началу программы позволяет достаточно быстро и точно определить место (и причину возникновения) ошибки, т.е. место между оператором, где результат выполнения программы соответствовал ожидаемому, и оператором, в котором появились расхождения.
