Отладка

Отладка, или debugging, — это поиск (локализация), анализ и устранение ошибок в программном обеспечении, которые были найдены во время тестирования.

Виды ошибок

Ошибки компиляции

Это простые ошибки, которые в компилируемых языках программирования выявляет компилятор (программа, которая преобразует текст на языке программирования в набор машинных кодов). Если компилятор показывает несколько ошибок, отладку кода начинают с исправления самой первой, так как она может быть причиной других.

В интерпретируемых языках (например Python) текст программы команда за командой переводится в машинный код и сразу исполняется. К моменту обнаружения ошибки часть программы уже может исполниться.

Ошибки компоновки

Ошибки связаны с разрешением внешних ссылок. Выявляет компоновщик (редактор связей) при объединении модулей программы. Простой пример — ситуация, когда требуется обращение к подпрограмме другого модуля, но при компоновке она не найдена. Ошибки также просто найти и устранить.

Ошибки выполнения (RUNTIME Error)

Ошибки, которые обнаруживают операционная система, аппаратные средства или пользователи при выполнении программы. Они считаются непредсказуемыми и проявляются после успешной компиляции и компоновки. Можно выделить четыре вида проявления таких ошибок:

• сообщение об ошибке, которую зафиксировали схемы контроля машинных команд. Это может быть переполнение разрядной сетки (когда старшие разряды результата операции не помещаются в выделенной области памяти), «деление на ноль», нарушение адресации и другие;
• сообщение об ошибке, которую зафиксировала операционная система. Она же, как правило, и документирует ошибку. Это нарушение защиты памяти, отсутствие файла с заданным именем, попытка записи на устройство, защищенное от записи;
• прекращение работы компьютера или зависание. Это и простые ошибки, которые не требуют перезагрузки компьютера, и более сложные, когда нужно выключать ПК;
• получение результатов, которые отличаются от ожидаемых. Программа работает стабильно, но выдает некорректный результат, который пользователь воспринимает за истину.

Профессия / 16 месяцев
Тестировщик-автоматизатор

Лучший выбор для быстрого старта в IT

Ошибки выполнения можно разделить на три большие группы.

Ошибки определения данных или неверное определение исходных данных. Они могут появиться во время выполнения операций ввода-вывода.

К ним относятся:

• ошибки преобразования;
• ошибки данных;
• ошибки перезаписи.

Как правило, использование специальных технических средств для отладки (API-логгеров, логов операционной системы, профилировщиков и пр.) и программирование с защитой от ошибок помогает обнаружить и решить лишь часть из них.

Логические ошибки. Они могут возникать из ошибок, которые были допущены при выборе методов, разработке алгоритмов, определении структуры данных, кодировании модуля.

В эту группу входят:

• ошибки некорректного использования переменных. Сюда относятся неправильный выбор типов данных, использование индексов, выходящих за пределы определения массивов, использование переменных до присвоения переменной начального значения, нарушения соответствия типов данных;
• ошибки вычислений. Это некорректная работа с переменными, неправильное преобразование типов данных в процессе вычислений;
• ошибки взаимодействия модулей или межмодульного интерфейса. Это нарушение типов и последовательности при передаче параметров, области действия локальных и глобальных переменных, несоблюдение единства единиц измерения формальных и фактических параметров;
• неправильная реализация логики при программировании.

Ошибки накопления погрешностей. Могут возникать при неправильном округлении, игнорировании ограничений разрядной сетки, использовании приближенных методов вычислений и т.д.

Станьте тестировщиком – это лучший выбор для быстрого старта в IT

Методы отладки программного обеспечения

Метод ручного тестирования

Отладка программы заключается в тестировании вручную с помощью тестового набора, при работе с которым была допущена ошибка. Несмотря на эффективность, метод не получится использовать для больших программ или программ со сложными вычислениями. Ручное тестирование применяется как составная часть других методов отладки.

Метод индукции

В основе отладки системы — тщательный анализ проявлений ошибки. Это могут быть сообщения об ошибке или неверные результаты вычислений. Например, если во время выполнения программы завис компьютер, то, чтобы найти фрагмент проявления ошибки, нужно проанализировать последние действия пользователя. На этапе отладки программы строятся гипотезы, каждая из них проверяется. Если гипотеза подтвердилась, информация об ошибке детализируется, если нет — выдвигаются новые.

Вот как выглядит процесс:

Важно, чтобы выдвинутая гипотеза объясняла все проявления ошибки. Если объясняется только их часть, то либо гипотеза неверна, либо ошибок несколько.

Метод дедукции

Сначала специалисты предлагают множество причин, по которым могла возникнуть ошибка. Затем анализируют их, исключают противоречащие имеющимся данным. Если все причины были исключены, проводят дополнительное тестирование. В обратном случае наиболее вероятную причину пытаются доказать.

Метод обратного прослеживания

Эффективен для небольших программ. Начинается с точки вывода неправильного результата. Для точки выдвигается гипотеза о значениях основных переменных, которые могли привести к ошибке. Далее на основании этой гипотезы строятся предположения о значениях переменных в предыдущей точке. Процесс продолжается до момента, пока не найдут ошибку.

Как выполняется отладка в современных IDE

Ранние отладчики, например gdb, представляли собой отдельные программы с интерфейсами командной строки. Более поздние, например первые версии Turbo Debugger, были автономными, но имели собственный графический интерфейс для облегчения работы. Сейчас большинство IDE имеют встроенный отладчик. Он использует такой же интерфейс, как и редактор кода, поэтому можно выполнять отладку в той же среде, которая используется для написания кода.

Отладчик позволяет разработчику контролировать выполнение и проверять (или изменять) состояние программ. Например, можно использовать отладчик для построчного выполнения программы, проверяя по ходу значения переменных. Сравнение фактических и ожидаемых значений переменных или наблюдение за ходом выполнения кода может помочь в отслеживании логических (семантических) ошибок.

Пошаговое выполнение — это набор связанных функций отладчика, позволяющих поэтапно выполнять код.

Шаг с заходом (step into)

Команда выполняет очередную инструкцию, а потом приостанавливает процесс, чтобы с помощью отладчика было можно проверить состояние программы. Если в выполняемом операторе есть вызов функции, step into заставляет программу переходить в начало вызываемой функции, где она приостанавливается.

Шаг с обходом (step over)

Команда также выполняет очередную инструкцию. Однако когда step into будет входить в вызовы функций и выполнять их строка за строкой, step over выполнит всю функцию, не останавливаясь, и вернет управление после ее выполнения. Команда step over позволяет пропустить функции, если разработчик уверен, что они уже исправлены, или не заинтересован в их отладке в данный момент.

Шаг с выходом (step out)

В отличие от step into и step over, step out выполняет не следующую строку кода, а весь оставшийся код функции, исполняемой в настоящее время. После возврата из функции он возвращает управление разработчику. Эта команда полезна, когда специалист случайно вошел в функцию, которую не нужно отлаживать.

Как правило, при пошаговом выполнении можно идти только вперед. Поэтому легко перешагнуть место, которое нужно проверить. Если это произошло, необходимо перезапустить отладку.

У некоторых отладчиков (таких как GDB 7.0, Visual Studio Enterprise Edition 15.5 и более поздних версий) есть возможность вернуться на шаг назад. Это полезно, если пропущена цель либо нужно повторно проверить выполненную инструкцию.

Тестировщик-автоматизатор

Как ворваться в IT, даже если вы не умеете программировать? Стать тестировщиком. Для старта достаточно базовых знаний ПК. А начать работать можно уже через 4 месяца обучения.

Статьи по теме:

• Почему в способности объяснения модели состоит будущее Data Science
• Перевод кенийского языка жестов с помощью глубокого обучения
• Как пользоваться Android Studio

Баг-репорт

Баг-репорт (bug report) — это технический документ, который подробно описывает ошибку в работе программы, приложения или другого ПО. Его составляет тестировщик, чтобы разработчикам было понятно, что работает неправильно, насколько дефект критичен и что нужно исправить.

Баг-репорты — часть рабочего процесса. В них фиксируют наличие ошибки, назначают ответственного за исправление. Если сообщить об ошибке в рабочем чате, о ней скорее всего забудут. Каждый член команды подумает, что ошибку исправит другой, и в итоге она так и останется в коде.

Виды багов

• Функциональные. Возникают, когда фактический результат работы не соответствует ожиданиям: не получается опубликовать комментарий на сайте, добавить товар в корзину или открыть страницу.
• Визуальные. Это случаи, когда приложение выглядит иначе, чем задумано: кнопка накладывается на текст, не отображаются картинки или текст выходит за пределы окна.
• Логические. Баг, при котором что-то работает неправильно с точки зрения логики, — например, когда можно указать несуществующую дату (31 февраля) или поставить дату рождения из будущего (2077 год).
• Дефекты UX. Приложение или программа неудобны в использовании: при просмотре ленты новостей пользователя постоянно отбрасывает к началу, слишком близко расположены кнопки и вместо одной нажимается другая.
• Дефекты безопасности. Случаи, когда из-за ошибки в коде данные пользователей (почты, пароли, фото, информация о платежах) могут быть доступны третьим лицам.

Профессия / 16 месяцев
Тестировщик-автоматизатор

Лучший выбор для быстрого старта в IT

Структура баг-репорта

Поля варьируются в зависимости от правил конкретной компании, но чаще всего каждый документ содержит следующие пункты:

Серьезность и приоритет багов

Серьезность — это показатель влияния бага на работу программы, того, может ли она функционировать без исправления или баг ломает всю систему. Выделяют пять уровней серьезности багов:

• S0 Trivial (Тривиальный) — баг не влияет на работу программы, поэтому для его исправления могут не выделить отдельную задачу, а исправить попутно при исправлении других, похожих ошибок. Например, при заполнении анкеты в поле «Дата рождения» по умолчанию отображается не актуальный год, а 1999-й.
• S1 Minor (Незначительный) — баг почти не нарушает логику процессов, поэтому с ним программа может нормально работать. Например, неудобная навигация в интерфейсе.
• S2 Major (Серьезный) — баг создает неудобства в использовании, но еще не нарушает функционал программы.
• S3 Critical (Критический) — баг мешает приложению выполнять основные функции: калькулятор расходов неправильно считает бюджет или в текстовом редакторе невозможно вводить текст.
• S4 Blocker (Блокирующий) — ситуация, когда программа не работает в принципе: сайт выдает «ошибку 404» или не запускается приложение.

Станьте тестировщиком – это лучший выбор для быстрого старта в IT

Приоритет — это срочность выполнения задачи. Всего выделяется три уровня приоритетов:

• P1 Высокий — исправляется в первую очередь, так как баг ломает работу приложения.
• P2 Средний — обязательный к исправлению баг после критического.
• P3 Низкий — не требует немедленного решения.

Жизненный цикл бага

Статус бага в репорте определяется его «жизненным циклом», который состоит из четырех основных стадий:

• Открыт (Open) — тестировщик выявил баг и добавил в репорт.
• В работе (In Progress) — о баге сообщили исполнителю, и он занимается исправлением.
• Исправлен (Ready for check) — исполнитель закончил работу по исправлению бага и передал проект на повторную проверку тестировщику.
• Закрыт (Closed) — баг устранен и больше не воспроизводится.

Кроме основных есть еще несколько статусов:

• Отклонен (Rejected) — исправлению бага помешала ошибка в репорте, например неверный алгоритм в пункте «Шаги к воспроизведению».
• Отсрочен (Deferred) — баг признан неприоритетным и исправление переносится.
• Переоткрыт (Reopened) — баг был отсрочен или отклонен, но теперь исполнитель взял его в работу.

Как правильно писать баг-репорт

Баг-репорт относится к технической документации, поэтому он не должен содержать лишних оборотов — только факты, изложенные простым языком.

На что стоит обратить внимание при описании дефекта?

Выявить причину возникновения. Например, если на сайте не получается восстановить пароль, то проблема может быть как в бэкенде, так и во фронтенде. Задача тестировщика — разобраться в ней, так как от этого зависит, кому из разработчиков отдавать баг на исправление.

Провести проверку на разных устройствах. Если проблема есть в десктоп-версии, то она может возникнуть и на мобильных устройствах, поэтому стоит проверить.

Провести проверку в разных версиях ПО. Баг может не воспроизводиться в старой версии ПО, но появится в новой.

Описать несоответствие ожидаемому результату. Чтобы сопоставить то, как работает программа сейчас, с ожидаемым результатом, начинающим специалистам лучше свериться с технической документацией и техническим заданием, где подробно описано, как все работает в идеале.

Тестировщик-автоматизатор

Как ворваться в IT, даже если вы не умеете программировать? Стать тестировщиком. Для старта достаточно базовых знаний ПК. А начать работать можно уже через 4 месяца обучения.

Статьи по теме:

Что такое баг: поговорим об ошибках в программировании

Ошибки в программах – дело обыденное. Приложения зависают, вылетают, перестают запускаться. В простейшем случае пользователь решает проблему переустановкой ПО или чисткой от «мусора». Разработчикам же нужно четко понимать, что такое баг, как исправить его и каким образом получить своевременную обратную связь от пользователей.

Что такое баг?

Термин «баг» (в переводе «жук») у программистов обозначает ситуацию, когда определенный код выдает неверный результат. Причины возникновения разные: ошибки в исходном коде, интерфейсе программы или некорректной работе компилятора. Обнаруживают их на этапе отладки или уже на стадии бета-тестирования, выпуска продукта на рынок.

1. Появилось сообщение об ошибке, программа продолжает работу.
2. Приложение зависает или вылетает без каких-либо предупреждений.
3. Происходит одно из событий с одновременной отправкой отчета разработчику.

Сложнее всего работать с компьютерными играми, в которых чаще используют термин «краш» (crash). Он означает критическую проблему при запуске или использовании программы. Когда говорят о багах, то чаще имеют в виду сбои графики, например, если игрок «проваливается в текстуры».

Комьюнити теперь в Телеграм
Подпишитесь и будьте в курсе последних IT-новостей

Классификация багов

Точка зрения пользователей часто не совпадает с мнением программистов. Так, для первых всего лишь произошел сбой, «приложение перестало работать». Кодеру же предстоит головная боль с определением источника проблемы. Ведь ошибка в программе, вероятно, проявляется лишь на конкретном железе или при сочетании с другим софтом (часто с антивирусами).

Баги делят на категории в зависимости от их критичности:

1. незначительные ошибки,
2. серьезные ошибки,
3. showstopper.

Последние указывают на критическую программную или аппаратную проблему, из-за которой ПО теряет свою функциональность практически на 100%. Например, не удается авторизоваться через логин-пароль или перестала работать кнопка «Далее». Поэтому таким ошибкам отдают приоритет.

Также есть деление ошибок по частоте проявления. Проще всего исправлять постоянные, возникающие при одних и тех же обстоятельствах, независимо от платформы, аппаратной части компьютера или каких-то действий пользователя. Сложность возрастает при периодических сбоях, когда причиной вполне может оказаться глючная оперативная память или ошибки накопителей.

Есть вариант, когда проблема возникает только на машине конкретного клиента. Здесь приходится либо заказывать индивидуальную «работу над ошибками», либо менять компьютер. Потому что ПО для массового пользователя никто не будет редактировать из-за «одного». Только если наберется некая критическая масса одинаковых случаев.

Разновидности ошибок

Программисту еще важно деление на разные типы ошибок приложений исходя из типовых условий их эксплуатации. Например, возникающие при повышении нагрузки на процессор, в интерфейсе, в модуле обработки входящих данных. Существуют баги граничных условий, сбоя идентификаторов, банальной несовместимости с архитектурой процессора (чаще в мобильных устройствах).

Кодеры делят ошибки по сложности:

1. Борбаг (Bohr Bug) – «стабильная» ошибка, легко выявляемая еще на этапе отладки или при бета-тестировании, когда речь еще не идет о выпуске стабильной версии.
2. Гейзенбаг (Heisenbug) – периодически проявляющиеся, иногда надолго исчезающие баги с меняющимися свойствами, включая зависимость от программной среды, «железа».
3. Мандельбаг (Mandelbug) – ошибка с энтропийным поведением, почти с непредсказуемым результатом.
4. Шрединбаг (Schroedinbug) – критические баги, чаще приводящие к появлению возможности взлома, хотя внешне никак себя не проявляют.

Последняя категория ошибок – одна из основных причин регулярного обновления операционных систем Windows. Вроде бы пользователя все устраивает, а разработчик раз за разом выпускает новые пакеты исправлений. Наиболее известный баг, попортивший нервы многим кодерам, это «ошибка 2000 года» (Y2K Error). Про нее успешно забыли, но уроки извлекли.

Программисты различают и те ошибки, что мешают скомпилировать программу, и ворнинги. Вторая категория представляет собой лишь предупреждение о найденных «косяках» в коде, но они не мешают ни сборке ПО, ни последующей эксплуатации. Например, речь идет об отсутствии точки или точки запятой в синтаксисе, когда компилятор способен сам решить проблему.

Логические

Наиболее серьезная из ошибок. Такие баги приводят к изменению функционирования программы вопреки техническому заданию. К чему это приведет, никто не знает – могут записаться на диске «не те данные», некорректно измениться важные документы или предоставиться доступ к коммерческой информации без авторизации. Исправить их получится только при знании изначальной логики.

Синтаксические

Ошибки синтаксиса существуют на уровне конкретного языка программирования: C, Java, Python, Perl и т.д. Что на одной платформе работает максимум с ворнингами, для другой будет серьезной проблемой. Такие баги легко исправить на этапе компиляции, потому что инструмент не позволит «пройти дальше» некорректного участка кода.

Компиляционные

Ситуация происходит, когда код, написанный на языке высокого уровня, преобразуют в «простой», машиночитаемый. Причиной может служить как серьезная ошибка в синтаксисе, так и сбои в самом компиляторе. Такие баги устраняют на этапе разработки-отладки программ, потому что выпустить их даже для бета-тестирования не получится.

Среды выполнения

Так называемые ошибки Run-Time. Проявляются в скомпилированных программах, при запуске. Например, из-за нехватки ресурсов на машине, в результате аварийной ситуации (поломка памяти, носителя, устройств ввода-вывода). Такое происходит, если разработчик не учел реальных условий работы; придется вернуться к стадии проработки логики.

Арифметические

Одна из разновидностей логических ошибок. Происходят, когда программа при работе вычисляет массу переменных, но на каком-то этапе происходит непредвиденное. Например, деление на ноль или же приложение получает «бесконечный» результат. Изменить ситуацию получится только на уровне кода, внедренного в него алгоритма.

Ресурсные

Преимущественно к этой категории относят ошибки типа «переполнение буфера». Программист не учел необходимость очистки памяти перед размещением новых данных. Или интерфейс разработан без учета типовых разрешений экранов, и его элементы постоянно «съезжают», нарушается логика срабатывания кнопок и т.д. Исправить получится только переписыванием части кода.

Взаимодействия

Речь идет о взаимодействии с аппаратным или программным окружением. В случае с приложением для облачного ресурса программист мог допустить ошибку при использовании веб-протоколов. При постоянном появлении ошибки остается только переписывать участок кода, ответственный за появление бага, иначе программа останется неработоспособной.

Что такое исключение

Снизить риски появления непредвиденных ошибок позволяет внедрение в программу исключений. Это события, при возникновении которых начинается «неправильное» поведение. Такой механизм позволяет систематизировать обработку багов независимо от типа приложения, платформы и иных условий. И разработать единую систему реагирования, например, со стороны операционки.

Существуют программные и аппаратные исключения. Первые генерируются самой программой и ОС, под которой она запущена. К аппаратным относятся те, что создаются процессором. Например, деление на 0, переполнение буфера, обращение к невыделенной памяти. Исключениями кодеры охватывают наиболее серьезные, критические баги.

Как избежать ошибок?

Существует два эффективных способа избежать проблем еще на стадии разработки. Первый – это отладка при помощи специальных программ. Они отображают результаты выполнения в цифрах, которые объективно показывают кодеру, правильно ли был обработан следующий участок кода или нужно искать закравшуюся ошибку.

Второй способ представляет собой привлечение специальных людей, тестировщиков. Они помогут разобраться с работоспособностью интерфейса в различных ситуациях, на разных платформах. Это происходит максимально приближенно к реальным условиям. Поэтому любой серьезный продукт проходит такую стадию обязательно.

Выводы

Баги – сопутствующий фактор любой разработки. Большую их часть пользователь не видит, потому что устраняются они еще в «лаборатории», на этапе альфа-тестирования. В бета-версии попадают уже незначительные ошибки, например, связанные с конкретными «узкими» условиями эксплуатации. Редкие проблемы помогают решать краш-репорты – отчеты, отсылаемые производителю самой программой.

При подготовке материала использовались источники:

Отладка

Баг-репорт

https://timeweb.com/ru/community/articles/chto-takoe-bag-pogovorim-ob-oshibkah-v-programmirovanii