Основы программирования в Linux, Мэтью Нейл

Основы программирования в Linux

на обложку

Мэтью Нейл

Шрифт:

Глава 10

Отладка

По утверждению Software Engineering Institute (Институт программных разработок) и IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Институт инженеров по электротехнике и электронике) в любом значимом фрагменте программного обеспечения первоначально всегда есть дефекты, примерно два на 100 строк программного кода. Эти ошибки приводят к тому, что программы и библиотеки не работают так, как требуется, часто заставляя программу вести себя иначе, чем предполагалось. Отслеживание ошибок, их идентификация и удаление могут потребовать от программиста больших затрат времени на этапе разработки.

В этой главе

мы рассмотрим недочеты программного обеспечения и некоторые средства и методы исследования характерных примеров ошибочного поведения. Это не то же самое, что тестирование (задача проверки работы программы во всех возможных условиях или обстоятельствах), хотя тестирование и отладка конечно же взаимосвязаны, и многие ошибки обнаруживаются в процессе тестирования.

Будут обсуждаться следующие темы:

типы ошибок;

общие методы отладки;

отладка с помощью gdb и других средств;

проверка соблюдения условий (макрос

assert

);

устранение ошибок использования памяти.

Типы ошибок

Ошибка, как правило, возникает по одной из нескольких причин, каждая из которых предполагает конкретный метод выявления и устранения.

Ошибки описания или спецификации. Если программа неверно определена, она, несомненно, не сможет выполняться, как требуется. Даже лучший программист в мире может порой написать неверную программу. Прежде чем приступить к программированию (или разработке), убедитесь в том, что вы точно знаете и четко представляете, что должна делать программа. Вы обнаружите и устраните множество ошибок спецификации (если не все), обсуждая требования и получая подтверждение их правильности у тех, кто будет применять вашу программу в дальнейшем.

Ошибки проектирования или разработки. Перед созданием программы любого размера должны прорабатываться. Как правило, недостаточно просто сесть к клавиатуре компьютера, непосредственно набрать программный код и ждать, что программа сразу заработает. Нужно время, чтобы подумать о том, как написать программу, какие структуры данных потребуются и как они будут использоваться. Постарайтесь заранее разработать все в деталях, это убережет вас от многочисленных переработок программы в дальнейшем.

Ошибки кодирования. Конечно, все делают ошибки при наборе. Создание программного кода из вашей разработки — неидеальный процесс. Именно здесь появляется много ошибок. Когда вы сталкиваетесь с ошибкой в программе, не упускайте возможности еще раз прочесть ваш исходный код или попросите об этом кого-нибудь. Просто поразительно, как много ошибок и недочетов можно обнаружить и устранить, обсуждая реализацию с кем-нибудь еще.

Примечание

Языки программирования с компиляторами, такие как С, обладают возможностью поймать синтаксические ошибки в процессе компиляции, в то время как интерпретируемые языки, например язык командной оболочки Linux, могут обнаружить синтаксические ошибки только тогда, когда вы попытаетесь выполнить программу. Если проблема в коде обработки ошибки, нелегко будет выявить ее в ходе тестирования.

Попытайтесь выполнить основную часть программы на бумаге, этот процесс называют формальным прогоном. Для наиболее важных подпрограмм запишите значения на входе и вычислите шаг за шагом выходные значения. Для отладки совсем не обязательно всегда применять компьютер, иногда именно компьютер создает проблемы. Даже разработчики,

пишущие библиотеки, компиляторы и операционные системы, делают ошибки! С другой стороны, не спешите винить во всем используемые программные средства; гораздо вероятнее, что ошибка закралась в вашу новую программу, а не в компилятор.

Общие методы отладки

Существует несколько разных подходов к отладке и тестированию типовой программы Linux. Обычно разработчик запускает программу и смотрит, что происходит. Если программа не работает, необходимо решить, что с ней делать. Можно изменить программу и попробовать снова (анализ программного кода, метод проб и ошибок), можно попытаться получить больше информации о том, что происходит внутри программы (оснащение контрольными средствами) или можно непосредственно проанализировать работу программы (контролируемое выполнение). Отладка включает в себя пять следующих этапов:

тестирование — поиск существующих изъянов или ошибок;

стабилизация — обеспечение повторяемости ошибок;

локализация — определение строки кода, отвечающей за ошибку;

корректировка — исправление программного кода;

проверка — подтверждение того, что исправление работает.

Программа с ошибками

Давайте рассмотрим пример программы, содержащей ошибки. Читая данную главу, вы будете пробовать отладить эту программу. Она написана во время разработки большой программной системы. Ее задача — протестировать единственную функцию

sort

, которая предназначена для реализации сортировки массива структур типа

item

методом "пузырька". Элементы сортируются по возрастанию поля

key

. Программа вызывает функцию

sort

для сортировки контрольного примера, чтобы протестировать функцию. В реальной жизни вы никогда не стали бы обращаться к этому конкретному алгоритму из-за его очень низкой эффективности. Мы же применяем его, потому что он короткий, относительно простой и его легко превратить в неправильный. На самом деле в стандартной библиотеке языка С есть функция с именем

qsort

, выполняющая эту задачу.

К сожалению, исходный код программы нелегко читается, в нем нет комментариев, и автор уже недоступен. Вам придется биться с ней самостоятельно, начиная с основной подпрограммы debug1.c.

/* 1 */ typedef struct {

/* 2 */ char *data;

/* 3 */ int key;

/* 4 */ } item;

/* 5 */

/* 6 */ item array[] = {

/* 7 */ {"bill", 3},

/* 8 */ {"neil", 4},

/* 9 */ {"john", 2},

/* 10 */ {"rick", 5},

/* 11 */ {"alex", 1},

/* 12 */ };