Нейл Мэтью - Основы программирования в Linux

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.

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.

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.

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: