Алгоритмические и программные ошибки примеры

Цель лекции

Освоить работу с встроенным отладчиком, изучить категории ошибок, способы их обнаружения и устранения.

Тестирование и отладка программы

Чем больше опыта имеет программист, тем меньше ошибок в коде он совершает. Но, хотите верьте, хотите нет, даже самый опытный программист всё же допускает ошибки. И любая современная среда разработки программ должна иметь собственные инструменты для отладки приложений, а также для своевременного обнаружения и исправления возможных ошибок. Программные ошибки на программистском сленге называют багами (англ. bug — жук), а программы отладки кода — дебаггерами (англ. debugger — отладчик). Lazarus, как современная среда разработки приложений, имеет собственный встроенный отладчик, работу с которым мы разберем на этой лекции.

Ошибки, которые может допустить программист, условно делятся на три группы:

1. Синтаксические
2. Времени выполнения (run-time errors)
3. Алгоритмические

Синтаксические ошибки

Синтаксические ошибки легче всего обнаружить и исправить — их обнаруживает компилятор, не давая скомпилировать и запустить программу. Причем компилятор устанавливает курсор на ошибку, или после неё, а в окне сообщений выводит соответствующее сообщение, например, такое:

Подобные ошибки могут возникнуть при неправильном написании директивы или имени функции (процедуры); при попытке обратиться к переменной или константе, которую не объявляли (
рис.
27.1); при попытке вызвать функцию (процедуру, переменную, константу) из модуля, который не был подключен в разделе uses; при других аналогичных недосмотрах программиста.

Как уже говорилось, компилятор при нахождении подобной ошибки приостанавливает процесс компиляции, выводит сообщение о найденной ошибке и устанавливает курсор на допущенную ошибку, или после неё. Программисту остается только внести исправления в код программы и выполнить повторную компиляцию.

Ошибки времени выполнения

Ошибки времени выполнения (run-time errors) тоже, как правило, легко устранимы. Они обычно проявляются уже при первых запусках программы, или во время тестирования. Если такую программу запустить из среды Lazarus, то она скомпилируется, но при попытке загрузки, или в момент совершения ошибки, приостановит свою работу, выведя на экран соответствующее сообщение. Например, такое:

В данном случае программа при загрузке должна была считать в память отсутствующий текстовый файл MyFile.txt. Поскольку программа вызвала ошибку, она не запустилась, но в среде Lazarus процесс отладки продолжается, о чем свидетельствует сообщение в скобках в заголовке главного меню, после названия проекта. Программисту в подобных случаях нужно сбросить отладчик командой меню «Запуск -> Сбросить отладчик«, после чего можно продолжить работу над проектом.

Ошибка времени выполнения может возникнуть не только при загрузке программы, но и во время её работы. Например, если бы попытка чтения несуществующего файла была сделана не при загрузке программы, а при нажатии на кнопку, то программа бы нормально запустилась и работала, пока пользователь не нажмет на эту кнопку.

Если программу запустить из самой Windows, при возникновении этой ошибки появится такое же сообщение. При этом если нажать «OK«, программа даже может запуститься, но корректно работать все равно не будет.

Ошибки времени выполнения бывают не только явными, но и неявными, при которых программа продолжает свою работу, не выводя никаких сообщений, а программист даже не догадывается о наличии ошибки. Примером неявной ошибки может служить так называемая утечка памяти. Утечка памяти возникает в случаях, когда программист забывает освободить выделенную под объект память. Например, мы объявляем переменную типа TStringList, и работаем с ней:

begin
  MySL:= TStringList.Create;
  MySL.Add('Новая строка');
end;
    

В данном примере программист допустил типичную для начинающих ошибку — не освободил класс TStringList. Это не приведет к сбою или аварийному завершению программы, но в итоге можно бесполезно израсходовать очень много памяти. Конечно, эта память будет освобождена после выгрузки программы (за этим следит операционная система), но утечка памяти во время выполнения программы тоже может привести к неприятным последствиям, потребляя все больше и больше ресурсов и излишне нагружая процессор. В подобных случаях после работы с объектом программисту нужно не забывать освобождать память:

begin
  MySL:= TStringList.Create;
  MySL.Add('Новая строка');
  ...; //работа с объектом
  MySL.Free; //освободили объект
end;
    

Однако ошибки времени выполнения могут случиться и во время работы с объектом. Если есть такой риск, программист должен не забывать про возможность обработки исключительных ситуаций. В данном случае вышеприведенный код правильней будет оформить таким образом:

begin
  try
    MySL:= TStringList.Create;
    MySL.Add('Новая строка');
    ...; //работа с объектом
  finally
    MySL.Free; //освободили объект, даже если была ошибка
  end;
end;
    

Итак, во избежание ошибок времени выполнения программист должен не забывать делать проверку на правильность ввода пользователем допустимых значений, заключать опасный код в блоки try…finally…end или try…except…end, делать проверку на существование открываемого файла функцией FileExists и вообще соблюдать предусмотрительность во всех слабых местах программы. Не полагайтесь на пользователя, ведь недаром говорят, что если в программе можно допустить ошибку, пользователь эту возможность непременно найдет.

Алгоритмические ошибки

Если вы не допустили ни синтаксических ошибок, ни ошибок времени выполнения, программа скомпилировалась, запустилась и работает нормально, то это еще не означает, что в программе нет ошибок. Убедиться в этом можно только в процессе её тестирования.

Тестирование — процесс проверки работоспособности программы путем ввода в неё различных, даже намеренно ошибочных данных, и последующей контрольной проверке выводимого результата.

Если программа работает правильно с одними наборами исходных данных, и неправильно с другими, то это свидетельствует о наличии алгоритмической ошибки. Алгоритмические ошибки иногда называют логическими, обычно они связаны с неверной реализацией алгоритма программы: вместо «+» ошибочно поставили «-«, вместо «/» — «*», вместо деления значения на 0,01 разделили на 0,001 и т.п. Такие ошибки обычно не обнаруживаются во время компиляции, программа нормально запускается, работает, а при анализе выводимого результата выясняется, что он неверный. При этом компилятор не укажет программисту на ошибку — чтобы найти и устранить её, приходится анализировать код, пошагово «прокручивать» его выполнение, следя за результатом. Такой процесс называется отладкой.

Отладка — процесс поиска и устранения ошибок, чаще алгоритмических. Хотя отладчик позволяет справиться и с ошибками времени выполнения, которые не обнаруживаются явно.

Типичные ошибки
в программных комплексах.
Статистические характеристики ошибок
могут служить ориентиром для разработчиков
при распределении усилий на создание
программ. Кроме того, характеристики
ошибок в процессе проектирования
программ помогают:

1. оценивать реальное
   состояние проекта и планировать
   трудоемкость и длительность до его
   завершения;

2. рассчитывать
   необходимую эффективность средств
   оперативной защиты от невыявленных
   первичных ошибок;

3. оценивать
   требующиеся ресурсы ЭВМ по памяти и
   производительности с учетом затрат на
   устранение ошибок;

4. проводить
   исследования и осуществлять адекватный
   выбор показателей сложности компонент
   и КП, а также некоторых других показателей
   качества.

Анализ первичных
ошибок в программах производится на
двух уровнях детализации:

1. дифференциально
   — с учетом
   типов ошибок, сложности и степени
   автоматизации их обнаружения, затрат
   на корректировку и этапов наиболее
   вероятного устранения;

2. обобщенно —
   по суммарным характеристикам их
   обнаружения в зависимости от
   продолжительности разработки,
   эксплуатации и сопровождения комплекса
   программ.

Технологические
ошибки
документации и фиксирования программ
в памяти ЭВМ составляют 5…10 % от общего
числа ошибок, обнаруживаемых при отладке
[12]. Большинство технологических ошибок
выявляется автоматически формализованными
методами.

Программные
ошибки по
количеству и типам в первую очередь
определяются степенью автоматизации
программирования и глубиной формализованного
контроля текстов программ. Количество
программных ошибок зависит от квалификации
разработчиков, от общего объема комплекса
программ, от глубины логического и
информационного взаимодействия модулей
и от ряда других факторов. При разработке
программ на автокодах программные
ошибки можно классифицировать по видам
используемых операций на следующие
группы: ошибки типов операций; ошибки
переменных; ошибки управления и циклов.

В комплексе программ
информационно-справочных систем эти
виды ошибок близки по удельному весу,
однако для автоматизации их обнаружений
применяются различные методы. На
начальных этапах разработки и автономной
отладки модулей программные ошибки
составляют около 1/3 всех ошибок. Ошибки
применения операций на начальных этапах
разработки достигают 14 %, а затем быстро
убь-1вают при повышении квалификации
программистов. Ошибки в переменных
составляют около 13 %, а ошибки управления
и организации циклов—около 10 %. Каждая
программная ошибка влечет за собой
необходимость изменения около шести
команд, что существенно меньше, чем при
алгоритмических и системных ошибках.
На этапах комплексной отладки и
эксплуатации удельный вес программных
ошибок падает и составляет около 15 и 3
% соответственно от общего количества
ошибок, выявляемых в единицу времени.

Алгоритмические
ошибки
значительно труднее поддаются обнаружению
методами формализованного автоматического
контроля, чем предыдущие типы ошибок.
К алгоритмическим следует отнести
прежде всего ошибки, обусловленные
некорректной постановкой функциональных
задач, когда в спецификациях не полностью
оговорены все условия, необходимые для
получения правильного результата. Эти
условия формируются и уточняются в
значительной части в процессе тестирования
и выявления ошибок в результатах
функционирования программ. Ошибки,
обусловленные неполным учетом всех
условий решения задач, являются наиболее
частыми в этой группе и составляют до
70 % всех алгоритмических ошибок или
около 30 % общего количества ошибок на
начальных этапах проектирования.

К алгоритмическим
ошибкам следует отнести также ошибки
связей модулей и функциональных групп
программ. Этот вид ошибок составляет
6…8 % от общего количества, их можно
квалифицировать как ошибки некорректной
постановки задач. Алгоритмические
ошибки проявляются в неполном учете
диапазонов изменения переменных, в
неправильной оценке точности используемых
и получаемых величин, в неправильном
учете связи между различными переменными,
в неадекватном представлении
формализованных условий решения задачи
в спецификациях или схемах, подлежащих
программированию, и т. д. Эти обстоятельства
являются причиной того, что для исправления
каждой алгоритмической ошибки приходится
изменять в среднем около 14 команд, т. е.
существенно больше, чем при программных
ошибках.

Особую часть
алгоритмических ошибок составляют
просчеты в использовании доступных
ресурсов ВС. Одновременная разработка
множества модулей различными специалистами
затрудняет оптимальное распределение
ограниченных ресурсов ЭВМ по всем
задачам, так как отсутствуют достоверные
данные потребных ресурсов для решения
каждой из них. В результате возникает
либо недоиспользование, либо (в подавляющем
большинстве случаев) нехватка каких-то
ресурсов ЭВМ для решения задач в
первоначальном варианте. Наиболее
крупные просчеты обычно происходят при
оценке времени реализации различных
групп программ и при распределении
производительности ЭВМ.

Системные ошибки
в сложных комплексах программ определяются
прежде всего неполной информацией о
реальных процессах, происходящих в
источниках и потребителях информации.
Кроме того, эти процессы зачастую зависят
от самих алгоритмов и поэтому не могут
быть достаточно определены и описаны
заранее без исследования функционирования
комплекса программ во взаимодействии
с внешней средой. На начальных стадиях
проектирования не всегда удается точно
сформулировать целевую задачу всей
системы, а также целевые задачи основных
групп программ, и эти задачи уточняются
в процессе проектирования. В соответствии
с этим уточняются и конкретизируются
технические задания или спецификации
на отдельные программы и выявляются
отклонения от уточненного задания,
которые могут квалифицироваться как

системные ошибки.

При автономной и
в начале комплексной отладки доля
системных ошибок невелика (около 10 %),
но она существенно возрастает (до 35…40
%) на завершающих этапах комплексной
отладки. В процессе эксплуатации
системные ошибки являются преобладающими
(около 80 % от всех ошибок). Следует также
отметить большое количество команд,
корректируемых при исправлении каждой
ошибки (около 25 команд на одну ошибку).

Убывание ошибок
в комплексе программ и интенсивности
их обнаружения не беспредельно. После
отладки в течение некоторого времени
интенсивность обнаружения ошибок при
самом активном тестировании снижается
настолько, что коллектив, ведущий
разработку, попадает в зону
нечувствительности к
ошибкам и отказам. При такой интенсивности
отказов трудно прогнозировать затраты
времени, необходимые для обнаружения
очередной ошибки. Создается представление
о полном отсутствии ошибок, о невозможности
и бесцельности их поиска, поэтому усилия
на отладку сокращаются и интенсивность
обнаружения ошибок еще больше снижается.
Этой предельной интенсивности обнаружения
отказов соответствует наработка на
обнаруженную ошибку, при которой
прекращается улучшение характеристик
комплекса программ на этапах отладки
и испытаний у заказчика.

Готовая программа не всегда работает как надо. Бывает, возникают баги, предупреждения, исключения. В итоге программа зависает, дает сбой или вылетает. Но это не конец света. Любую ошибку в коде можно исправить, если знать, почему она возникла.

Программная ошибка: что это и почему возникает

Программная ошибка — это дефект в коде. Из-за него программа сбоит или выдает неверные результаты. Некоторые ошибки серьезные — например, блокируют логин и пароль, из-за чего пользователь не может попасть в личный кабинет. А другие незаметны. Некоторое время программа работает как будто бы исправно — и только потом начинает глючить.

Ошибка в программировании — это зачастую ошибки разработчиков, которые находят тестировщики. Запускают разные тесты и отладку, чтобы определить источники проблемы.

Научитесь находить ошибки в приложениях и на сайтах до того, как ими начнут пользоваться клиенты. Для этого освойте профессию «Инженер по тестированию». Изучать язык программирования необязательно. Тестировщик работает с готовыми сайтами, приложениями, сервисами, а не с кодом. В программе от Skypro: четыре проекта для портфолио, практика с обратной связью, все основные инструменты тестировщика.

Ошибки часто называют багами, но подразумевают под ними разное, например:

❗ Ворнинги, или предупреждения. Возникают, когда программа начинает вести себя не так, как задумывалось. Не являются критичными ошибками. Программа с ворнингами работает, но с аномалиями.

❗ Исключения. Это не ошибки, а особые ситуации, которые нужно обработать.

❗ Синтаксические ошибки. Это ошибка в программе, связанная с написанием кода. Пример: программист забыл поставить точку или неверно написал название оператора. Если не исправить, код программы не запустится, а останется просто текстом.

Классификация багов

У багов есть два атрибута — серьезности (Severity) и приоритета (Priority). Серьезность касается технической стороны, а приоритет — организационной.

🚨 По серьезности. Атрибут показывает, как сильно ошибка влияет на общую функциональность программы. Чем выше значение атрибута, тем хуже.

По серьезности баги классифицируют так:

• Blocker — блокирующий баг. Программа запускается, но спустя время баг останавливает ее выполнение. Чтобы снова пользоваться программой, блокирующую ошибку в коде устраняют.
• Critical — критический баг. Нарушает функциональность программы. Появляется в разных частях кода, из-за этого основные функции не выполняются.
• Major — существенный баг. Не нарушает, но затрудняет работу основного функционала программы либо не дает функциям выполняться так, как задумано.
• Minor — незначительный баг. Слабо влияет на функционал программы, но может нарушать работу некоторых дополнительных функций.
• Trivial — тривиальный баг. На работу программы не влияет, но ухудшает общее впечатление. Например, на экране появляются посторонние символы или всё рябит.

🚦 По приоритету. Атрибут показывает, как быстро баг необходимо исправить, пока он не нанес программе приличный ущерб. Бывает таким:

• Top — наивысший. Такой баг — суперсерьезный, потому что может обвалить всю программу. Его устраняют в первую очередь.
• High — высокий. Может затруднить работу программы или ее функций, устраняют как можно скорее.
• Normal — обычный. Баг программу не ломает, просто где-то что-то будет работать не совсем верно. Устраняют в штатном порядке.
• Low — низкий. Баг не влияет на программу. Исправляют, только если у команды есть на это время.

Типы ошибок в программе

🧨 Логические. Приводят к тому, что программа зависает, работает не так, как надо, или выдает неожиданные результаты — например, не записывает файл, а стирает.
Логические ошибки коварны: их трудно обнаружить. Программа выглядит так, будто в ней всё правильно, но при этом работает некорректно. Чтобы победить логические ошибки, специалист должен хорошо ориентироваться в коде программы.

🧨 Синтаксические. Это опечатки в названиях операторов, пропущенные запятые или кавычки. Безобидные ошибки: их обнаруживают и подсвечивают в коде компиляторы, а программисту остается исправить.

🧨 Взаимодействия. Это ошибка в участке кода, который отвечает за взаимодействие с аппаратным или программным окружением. Такая ошибка возникает, например, если неправильно использовать веб-протоколы. Исправляется элементарно: разработчик переписывает нужный кусок кода.

🧨 Компиляционные. Любая программа — это текст. Чтобы он заработал как программа, используют компилятор. Он преобразует программный код в машинный, но одновременно может вызывать ошибки.

Компиляционные баги появляются, если что-то не так с компилятором или в коде есть синтаксические ошибки. Компилятор будто ругается: «Не понимаю, что тут написано. Не знаю, как обработать».

🧨 Ошибки среды выполнения. Возникают, когда программа скомпилирована и уже выглядит как файл — жми и работай. Юзер запускает файл, а программа тормозит и виснет. Причина — нехватка ресурсов, например памяти или буфера.

Такой баг — ошибка разработчика. Он не предвидел реальные условия развертывания программы. Теперь ему надо вернуться в исходный код и поправить фрагмент.

🧨 Арифметические. Бывает, в коде есть числовые переменные и математические формулы. Если где-то проблема — не указаны константы или округление сработало не так, возникает баг. Надо лезть в код и проверять математику.

Что такое исключения в программах

Это механизм, который помогает программе обрабатывать нестандартную ситуацию и при этом не вылетать. Идеально, если программист предусмотрел все возможные ситуации. Но так бывает редко, поэтому лучше использовать специальный обработчик. Он обработает исключения так, что программа продолжит работать.

Как это происходит:

1. Когда программист кодит, то продумывает, в какой части программы может вылезти ошибка.
2. В этой части пишет специальный фрагмент, который предупредит компьютер, что ошибка — вполне ожидаемое явление и резко обрывать программу не нужно.
3. Когда юзер запустит программу и появится ошибка, компьютер увидит заранее подготовленное предупреждение программиста. Продолжит выполнять алгоритм так, словно никакого бага и не было.

Исключения бывают программными и аппаратными:

• Аппаратные создает процессор. К ним относят деление на ноль, выход за границы массива, обращение к невыделенной памяти.

• Программные создает операционка и приложения. Возникают, когда программа их инициирует: аномальная ситуация возникла — программа создала исключение.

Как контролировать баги в программе

🔧 Следите за компилятором. Когда компилятор преобразует текст программы в машинный код, то подсвечивает в нём сомнительные участки, которые способны вызывать баги. Некоторые предупреждения не обозначают баг как таковой, а только говорят: «Тут что-то подозрительное». Всё подозрительное надо изучать и прорабатывать, чтобы не было проблемы в будущем.

🔧 Используйте отладчик. Это программа, которая без участия айтишника проверяет, исправно ли работает алгоритм. В случае чего сообщает об ошибках. Например, отладчик используют для построчного выполнения программы. Вместе с тем проверяют значения переменных: фактические сравнивают с ожидаемыми. Если что-то не сходится, ищут баги и исправляют.

🔧 Проводите юнит-тесты. Это когда разработчик или тестировщик описывает ситуации для каждого компонента и указывает, к какому результату должна привести программа. Потом запускает проверку. Если результат не совпадает с ожидаемым, появляется предупреждение. Дальше программисты находят и устраняют проблему.

Ключевое: что такое ошибки в программировании

• Ошибка в программировании — это дефект кода, баг, который может вызывать в программе сбои и неожиданное поведение.
• По серьезности баги делятся на блокирующие, критические, существенные, незначительные, тривиальные. По приоритету — на наивысший, высокий, обычный, низкий.
• Ошибки в коде могут быть разными, например связанные с логикой программы. Или с математическими вычислениями — логические. Еще бывают синтаксические, ошибки взаимодействия, компиляционные и ошибки среды выполнения.
• Некоторые ошибки помогают ловить обработчики исключений.
• Чтобы находить ошибки в коде, тестировщики используют компиляторы, отладчики и пишут юнит-тесты.

Подборка по базе: Исследование скважин и пластов — лекция.pdf, 3 лекция қазақша.pptx, 10.10.20 гр.321 Лекция.docx, РЕЧЕВЫЕ ОШИБКИ ИИХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ.docx, к лекциям часть 1.pdf, Компьютерные сети лекция 1.ppt, д1 Виды гражд пр.docx, Аналитика лекция 1-2.pptx, М.1. Лекция.docx, гигиена лекция 5.docx

Виды ошибок

Ошибки в программах могут допускаться от самого начального этапа составления алгоритма решения задачи до окончательного оформления программы. Разновидностей ошибок достаточно много. Рассмотрим некоторые группы ошибок и соответствующие примеры:

Синтаксические ошибки

Синтаксические ошибки зачастую выявляют уже на этапе трансляции. К сожалению, многие ошибки других видов транслятор выявить не в силах, т.к. ему не известен задуманный или требуемый результат работы программы.

Отсутствие сообщений транслятора о наличии синтаксических ошибок является необходимым условием правильности программы, но не может свидетельствовать о том, что она даст правильный результат.

Примерами синтаксических ошибок является:

• Отсутствие знака пунктуации;
• Несоответствие количества открывающих и закрывающих скобок;
• Неправильно сформированный оператор;
• Неправильная запись имени переменной;
• Ошибка в написании служебных слов;
• Отсутствие условия окончания цикла;
• Отсутствие описания массивов и т.п.

Ошибки, которые не обнаруживает транслятор

В случае правильного написания операторов в программе может присутствовать большое количество ошибок, которые транслятор не может обнаружить. Рассмотрим примеры таких ошибок:

Логические ошибки:

• После проверки заданного условия неправильно указана ветвь алгоритма;
• Неполный перечень возможных условий при решении задачи;
• Один или более блоков алгоритма в программе пропущен.

Ошибки в циклах:

• Неправильно указано начало цикла;
• Неправильно указаны условия окончания цикла;
• Неправильно указано количество повторений цикла;
• Использование бесконечного цикла.

Ошибки ввода-вывода; Ошибки при работе с данными:

• Неправильно задан тип данных;
• Организовано считывание меньшего или большего объёма данных, чем нужно;
• Неправильно отредактированы данные.

Ошибки в использовании переменных:

• Используются переменных, для которых не указаны начальные значения;
• Ошибочно указана одна переменная вместо другой.

Ошибки при работе с массивами:

• Пропущено предварительное обнуление массивов;
• Неправильное описание массивов;
• Индексы массивов следуют в ошибочном порядке.

Ошибки в арифметических операциях:

• Неправильное использование типа переменной (например, для сохранения результата деления используется целочисленная переменная);
• Неправильно определён порядок действий;
• Выполняется деление на нуль;
• При расчёте выполняется попытка извлечения квадратного корня из отрицательного числа;
• Не учитываются значащие разряды числа.

Классификация ошибок

Ошибку можно отнести к одному из ниже перечисленных классов:

  — системные ошибки;

—   ошибки в выборе алгоритма;

—   алгоритмические ошибки;

—   технологические ошибки;

—   программные ошибки.

Системные ошибки в большом (сложном) программном обес­печении определяются, прежде всего неполной информацией о реальных процессах, происходящих в источниках и потребителях информации.

На начальных стадиях проектирования ПО не всегда удаётся точно сформулировать целевую задачу всей системы и требования к ней. В процессе проектирования ПО целевая функция системы уточняется и выявляются отклонения от уточнённых требований, которые могут квалифицироваться как системные ошибки.

Некачественное определение требований к программе при­водит к созданию программы, которая будет правильно решать неверно сформулированную задачу. В таких случаях, как правило, требуется полное перепрограммирование.

Признаком того, что создаваемая для заказчика программа может оказаться не соответствующей его истинным потреб­ностям, служит ощущение неясности задачи. Письменная ре­гистрация требований к программе заставляет заказчика соб­раться с мыслями и дать достаточно точное определение тре­бований. Всякие устные указания являются заведомо ненадеж­ными и часто приводят к взаимному недопониманию.

При автономной и в начале комплексной отладки ПО доля найденных системных ошибок в нем невелика (примерно 10%), но она существенно возрастает (до 35—40%) на завершающих этапах комплексной отладки. В процессе эксплуатации преоб­ладающими являются системные ошибки (примерно 80% всех ошибок). Следует отметить также большое количество команд и групп программ, которые корректируются при исправлении каждой системной ошибки.

Ошибки в выборе алгоритма. В настоящее время накоплен значительный фонд алгоритмов для решения типовых задач.

К сожалению, часто плохой выбор алгоритма становится очевидным лишь после его опробования. Поэтому все же следует уделять внимание и время выбору алгоритма, с тем, чтобы впоследствии не приходилось переделывать каждую программу.

Во избежание выбора некорректных алгоритмов, необходимо хорошо ознакомиться с литературой по своей специальности.

К алгоритмическим ошибкам следует отнести, прежде всего, ошибки, обусловленные некорректной постановкой функцио­нальных задач, когда в спецификациях не полностью оговорены все условия, необходимые для получения правильного результата. Эти условия формируются и уточняются в значительной части в процессе тестирования и выявления ошибок в результатах функ­ционирования программ.

К алгоритмическим ошибкам следует отнести также ошибки связей модулей и функциональных групп программ. Их можно квалифицировать как ошибки некорректной постановки задачи. Алгоритмические ошибки проявляются в неполном учете диапазонов изменения переменных, в неправильной оценке точности используемых и получаемых величин, в неправильном учете связи между различными переменными, в неадекватном представлении формализованных условий решения задачи в спе­цификациях или схемах, подлежащих программированию и т.д. Эти обстоятельства являются причиной того, что для исправ­ления каждой алгоритмической ошибки приходится изменять иногда целые ветви программного обеспечения, т.е. пока еще существенно больше операторов, чем при исправлении прог­раммных ошибок.

Алгоритмические ошибки значительно труднее поддаются обнаружению методами формализованного автоматического контроля. Вот почему необходимо тщательным образом проду­мывать алгоритм прежде, чем транслировать его в программу.

Некоторые программисты проверяют алгоритм следующим образом. Через несколько дней после составления алгоритма они повторно обращаются к описанию задачи и составляют алгоритм заново. Затем сличают оба варианта. Такой шаг на первый взгляд может показаться пустой тратой времени, однако всякая ошибка на уровне алгоритма может в дальнейшем обернуться катаст­рофой и повлечь основательный пересмотр программы.

Технологические ошибки — это ошибки документации и фик­сирования программ в памяти ЭВМ. Они составляют 5—10 % от общего числа ошибок, обнаруживаемых при отладке. Боль­шинство технологических ошибок выявляются автоматически формализованными методами (например, транслятором).

Программные ошибки. Языки программирования — это ис­кусственные языки, созданные человеком для описания алго­ритмов. Все предложения таких языков строятся по строгим синтаксическим правилам, обеспечивающим однозначное их понимание, что позволяет поручать расшифровку алгоритма ЭВМ, построенного по правилам семантики.

Синтаксис — это набор правил построения из символов алфавита специальных конструкций, с помощью которых можно составлять различные алгоритмы (программы). Эти правила требуют их неукоснительного соблюдения. В противном случае будет нарушен основной принцип —  четкая и строгая одноз­начность в понимании алгоритма.

Семантика языка — это система правил истолкования пост­роений конструкций. Например, если фрагмент конструкции имеет вид А*(В + С), то правила семантики предписывают, что сначала выполняется сложение величин В и С, а затем результат умножается на величину А. Правила семантики (смысла) конст­рукций обычно вполне естественны и понятны, но в некоторых случаях их надо специально оговаривать, комментировать.

Таким образом, программы, позволяющие однозначно производить процесс переработки данных, составляются с помощью соединения символов из алфавита в предложения в соответствии с синтаксическими правилами, определяющими язык, с учетом правил семантики.

Итак, выделяют синтаксические и семантические ошибки.

Под синтаксическими ошибками понимается нарушение пра­вил записи программ на данном языке программирования. Они выявляются самой машиной, точнее транслятором, во время пе­ревода записи алгоритма на язык машины. Исправление их осу­ществляется просто — достаточно сравнить формат исправляемой конструкции с синтаксисом в справочнике и исправить его.

Семантические (смысловые) ошибки — это применение опе­раторов, которые не дают нужного эффекта (например, а—в вместо а+в), ошибка в структуре алгоритма, в логической взаи­мосвязи его частей, в применении алгоритма к тем данным, к которым он неприменим и т.д. Правила семантики не фор­мализуемы. Поэтому поиск и устранение семантической ошибки и составляет основу отладки.

Программные ошибки по количеству и типам в первую очередь определяются степенью автоматизации программиро­вания и глубиной формализованного контроля текстов программ.

Число программных ошибок зависит также от квалификации программистов, от общего объема комплекса программ, от глубины логического и информационного взаимодействия моду­лей и от ряда других факторов.

Каждая программная ошибка влечет за собой необходимость изменения команд существенно меньше, чем при алгоритми­ческих и системных ошибках. На этапах комплексной отладки ПО и эксплуатации удельный вес программных ошибок падает и составляет примерно 15 и 30 % соответственно от общего коли­чества ошибок, выявляемых в единицу времени.

Ошибки в программировании – дело обычное, хоть и неприятное. В данной статье будет рассказано о том, какими бывают ошибки (баги), а также что собой представляют исключения.

Определение

Ошибка в программировании (или так называемый баг) – это ситуация у разработчиков, при которой определенный код вследствие обработки выдает неверный результат. Причин данному явлению множество: неисправность компилятора, сбои интерфейса, неточности и нарушения в программном коде.

Баги обнаруживаются чаще всего в момент отладки или бета-тестирования. Реже – после итогового релиза готовой программы. Вот несколько вариантов багов:

1. Появляется сообщение об ошибке, но приложение продолжает функционировать.
2. ПО вылетает или зависает. Никаких предупреждений или предпосылок этому не было. Процедура осуществляется неожиданно для пользователя. Возможен вариант, при котором контент перезапускается самостоятельно и непредсказуемо.
3. Одно из событий, описанных ранее, сопровождается отправкой отчетов разработчикам.

Ошибки в программах могут привести соответствующее приложение в негодность, а также к непредсказуемым алгоритмам функционирования. Желательно обнаруживать баги на этапе ранней разработки или тестирования. Лишь в этом случае программист сможет оперативно и относительно недорого внести необходимые изменения в код для отладки ПО.

История происхождения термина

Баг – слово, которое используется разработчиками в качестве сленга. Оно произошло от слова «bug» – «жук». Точно неизвестно, откуда в программировании и IT возник соответствующий термин. Существуют две теории:

1. 9 сентября 1945 года ученые из Гарварда тестировали очередную вычислительную машину. Она называлась Mark II Aiken Relay Calculator. Устройство начало работать с ошибками. Когда его разобрали, то ученые заметили мотылька, застрявшего между реле. Тогда некая Грейс Хоппер назвала произошедший сбой упомянутым термином.
2. Слово «баг» появилось задолго до появления Mark II. Термин использовался Томасом Эдисоном и указывал на мелкие недочеты и трудности. Во время Второй Мировой войны «bugs» называли проблемы с радарной электроникой.

Второй вариант кажется более реалистичным. Это факт, который подтвержден документально. Со временем научились различать различные типы багов в IT. Далее они будут рассмотрены более подробно.

Как классифицируют

Ошибки работы программ разделяются по разным факторам. Классификация у рядовых пользователей и разработчиков различается. То, что для первых – «просто программа вылетела» или «глючит», для вторых – огромная головная боль. Но существует и общепринятая классификация ошибок. Пример – по критичности:

1. Серьезные неполадки. Это нарушения работоспособности приложения, которые могут приводить к непредвиденным крупным изменениям.
2. Незначительные ошибки в программах. Чаще всего не оказывают серьезного воздействия на функциональность ПО.
3. Showstopper. Критические проблемы в приложении или аппаратном обеспечении. Приводят к выходу программы из строя почти всегда. Для примера можно взять любое клиент-серверное приложение, в котором не получается авторизоваться через логин и пароль.

Последний вариант требует особого внимания со стороны программистов. Их стараются обнаружить и устранить в первую очередь. Критические ошибки могут отложить релиз исходной программы на неопределенный срок.

Также существуют различные виды сбоев в плане частоты проявления: постоянные и «разовые». Вторые встречаются редко, чаще – при определенных настройках и действиях со стороны пользователя. Первые появляются независимо от используемой платформы и выполненных клиентом манипуляций.

Иногда может получиться так, что ошибка возникает только на устройстве конкретного пользователя. В данном случае устранение неполадки требует индивидуального подхода. Иногда – полной замены компьютера. Связано это с тем, что никто не будет редактировать исходный код, когда он «глючит» только у одного пользователя.

Виды

Существуют различные типы ошибок в программах в зависимости от типовых условий использования приложений. Пример – сбои, которые возникают при возрастании нагрузки на оперативную память или центральный процессор устройства. Есть баги граничных условий, сбоя идентификаторов, несовместимости с архитектурой процессора (наиболее распространенная проблема на мобильных устройствах).

Разработчики выделяют следующие типы ошибок по уровню сложности:

1. «Борбаг» – «стабильная» неполадка. Она легко обнаруживается на этапе разработки и компилирования. Иногда – во время тестирования наработкой исходной программы.
2. «Гейзенбаг» – баги с поддержкой изменения свойств, включая зависимость от среды, в которой было запущено приложение. Сюда относят периодические неполадки в программах. Они могут исчезать на некоторое время, но через какой-то промежуток вновь дают о себе знать.
3. «Мандельбаг» – непредвиденные ошибки. Обладают энтропийным поведением. Предсказать, к чему они приведут, практически невозможно.
4. «Шрединбаг» – критические неполадки. Приводят к тому, что злоумышленники могут взломать программу. Данный тип ошибок обнаружить достаточно трудно, потому что они никак себя не проявляют.

Также есть классификация «по критичности». Тут всего два варианта – warning («варнинги») и критические весомые сбои. Первые сопровождаются характерными сообщениями и отчетами для разработчиков. Они не представляют серьезной опасности для работоспособности приложения. При компилировании такие сбои легко исправляются. В отдельных случаях компилятор справляется с этой задачей самостоятельно. А вот критические весомые сбои говорят сами за себя. Они приводят к серьезным нарушениям ПО. Исправляются обычно путем проработки логики и значительных изменений программного кода.

Типы багов

Ошибки в программах бывают:

• логическими;
• синтаксическими;
• взаимодействия;
• компиляционные;
• ресурсные;
• арифметические;
• среды выполнения.

Это – основная классификация сбоев в приложениях и операционных системах. Логические, синтаксические и «среды выполнения» встречаются в разработке чаще остальных. На них будет сделан основной акцент.

Ошибки синтаксиса

Синтаксические баги распространены среди новичков. Они относятся к категории «самых безобидных». С данной категорией ошибок способны справиться компиляторы тех или иных языков. Соответствующие инструменты показывают, где допущена неточность. Остается лишь понять, как исправить ее.

Синтаксические ошибки – ошибки синтаксиса, правил языка. Вот пример в Паскале:

Код написан неверно. Согласно действующим синтаксическим нормам, в Pascal в первой строчке нужно в конце поставить точку с запятой.

Логические

Тут стоит выделить обычные и арифметические типы. Вторые возникают, когда программе при работе необходимо вычислить много переменных, но на каком-то этапе расчетов возникают неполадки или нечто непредвиденное. Пример – получение в результатах «бесконечности».

Логические сбои обычного типа – самые сложные и неприятные. Их тяжелее всего обнаружить и исправить. С точки зрения языка программа может быть написана идеально, но работать неправильно. Подобное явление – следствие логической ошибки. Компиляторы их не обнаруживают.

Выше – пример логической ошибки в программе. Тут:

1. Происходит сравнение значения i с 15.
2. На экран выводится сообщение, если I = 15.
3. В заданном цикле i не будет равно 15. Связано это с диапазоном значений – от 1 до 10.

Может показаться, что ошибка безобидная. В приведенном примере так и есть, но в более крупных программах такое явление приводит к серьезным последствиям.

Время выполнения

Run-time сбои – это ошибка времени выполнения программы. Встречается даже когда исходный код лишен логических и синтаксических ошибок. Связаны такие неполадки с ходом выполнения программного продукта. Пример – в процессе функционирования ПО был удален файл, считываемый программой. Если игнорировать подобные неполадки, можно столкнуться с аварийным завершением работы контента.

Самый распространенный пример в данной категории – это неожиданное деление на ноль. Предложенный фрагмент кода с точки зрения синтаксиса и логики написан грамотно. Но, если клиент наберет 0, произойдет сбой системы.

Компиляционный тип

Встречается при разработке на языках высокого уровня. Во время преобразований в машинный тип «что-то идет не так». Причиной служат синтаксические ошибки или сбои непосредственно в компиляторе.

Наличие подобных неполадок делает бета-тестирование невозможным. Компиляционные ошибки устраняются при разработке-отладке.

Ресурсные

Ресурсный тип ошибок – это сбои вроде «переполнение буфера» или «нехватка памяти». Тесно связаны с «железом» устройства. Могут быть вызваны действиями пользователя. Пример – запуск «свежих» игр на стареньких компьютерах.

Исправить ситуацию помогают основательные работы над исходным кодом. А именно – полное переписывание программы или «проблемного» фрагмента.

Взаимодействие

Подразумевается взаимодействие с аппаратным или программным окружением. Пример – ошибка при использовании веб-протоколов. Это приведет к тому, что облачный сервис не будет нормально функционировать. При постоянном возникновении соответствующей неполадки остается один путь – полностью переписывать «проблемный» участок кода, ответственный за соответствующий баг.

Исключения и как избежать багов

Исключение – событие, при возникновении которых начинается «неправильное» поведение программы. Механизм, необходимый для стабилизации обработки неполадок независимо от типа ПО, платформ и иных условий. Помогают разрабатывать единые концепции ответа на баги со стороны операционной системы или контента.

Исключения бывают:

1. Программными. Они генерируются приложением или ОС.
2. Аппаратными. Создаются процессором. Пример – обращение к невыделенной памяти.

Исключения нужны для охвата критических багов. Избежать неполадок помогут отладчики на этапе разработки. А еще – своевременное поэтапное тестирование программы.

P. S. Большой выбор курсов по тестированию есть и в Otus. Присутствуют варианты как для продвинутых, так и для начинающих пользователей.