Отладка в программировании это

Отладка программного обеспечения

Отладка программы — один их самых сложных этапов разработки программного обеспечения.

9.1. Классификация ошибок

Отладка — это процесс локализации и исправления ошибок, обнаруженных при тестировании программного обеспечения. Локализацией называют процесс определения оператора программы, выполнение которого вызвало нарушение нормального вычислительного процесса. Для исправления ошибки необходимо определить ее причину, т. е. определить оператор или фрагмент, содержащие ошибку. Причины ошибок могут быть как очевидны, так и очень глубоко скрыты.

В соответствии с этапом обработки, на котором проявляются ошибки, различают (рис. 9.1):

синтаксические ошибки — ошибки, фиксируемые компилятором (транслятором, интерпретатором) при выполнении синтаксического и частично семантического анализа программы;

ошибки компоновки — ошибки, обнаруженные компоновщиком (редактором связей) при объединении модулей программы;

ошибки выполнения — ошибки, обнаруженные операционной системой, аппаратными средствами или пользователем при выполнении программы.

Рис. 9.1. Классификация ошибок по этапу обработки программы

Синтаксические ошибки относят к группе самых простых, так как синтаксис языка, как правило, строго формализован, и ошибки сопровождаются развернутым комментарием с указанием ее местоположения. Определение причин таких ошибок, как правило, труда не составляет, и даже при нечетком знании правил языка за несколько прогонов удается удалить все ошибки данного типа.

Ошибки компоновки, как следует из названия, связаны с проблемами, обнаруженными при разрешении внешних ссылок. Например, предусмотрено обращение к подпрограмме другого модуля, а при объединении модулей данная подпрограмма не найдена или не стыкуются списки параметров. В большинстве случаев ошибки такого рода также удается быстро локализовать и устранить.

К самой непредсказуемой группе относятся ошибки выполнения. Прежде всего они могут иметь разную природу, и соответственно по-разному проявляться. Часть ошибок обнаруживается и документируется операционной системой. Выделяют четыре способа проявления таких ошибок:

• появление сообщения об ошибке, зафиксированной схемами контроля выполнения машинных команд,

• появление сообщения об ошибке, обнаруженной операционной системой,

• несовпадение полученных результатов с ожидаемыми.

Причины ошибок выполнения очень разнообразны, а потому и локализация может оказаться крайне сложной. Все возможные причины ошибок можно разделить на следующие группы:

• неверное определение исходных данных,

• накопление погрешностей результатов вычислений.

Неверное определение исходных данных происходит, если возникают любые ошибки при выполнении операций ввода-вывода.

Логические ошибки имеют разную природу. Так они могут следовать из ошибок, допущенных при проектировании, например, при выборе методов, разработке алгоритмов или определении структуры классов, а могут быть непосредственно внесены при кодировании модуля. К последней группе относят:

• ошибки некорректного использования переменных,

• ошибки межмодульного интерфейса,

• другие ошибки кодирования.

Накопление погрешностей результатов числовых вычислений возникает, например, при некорректном отбрасывании дробных цифр чисел, некорректном использовании приближенных методов вычислений, игнорировании ограничения разрядной сетки представления вещественных чисел в ЭВМ и т. п.

9.2. Методы отладки программного обеспечения

Большинство ошибок можно обнаружить по косвенным признакам посредством тщательного анализа текстов программ и результатов тестирования без получения дополнительной информации. При этом используют различные методы:

Метод ручного тестирования.

Это — самый простой и естественный способ данной группы. При обнаружении ошибки необходимо выполнить тестируемую программу вручную, используя тестовый набор, при работе с которым была обнаружена ошибка.

Метод очень эффективен, но не применим для больших программ, программ со сложными вычислениями и в тех случаях, когда ошибка связана с неверным представлением программиста о выполнении некоторых операций. Данный метод часто используют как составную часть других методов отладки.

Метод основан на тщательном анализе симптомов ошибки, которые могут проявляться как неверные результаты вычислений или как сообщение об ошибке. Если компьютер просто «зависает», то фрагмент проявления ошибки вычисляют, исходя из последних полученных результатов и действий пользователя. Полученную таким образом информацию организуют и тщательно изучают, просматривая соответствующий фрагмент программы. В результате этих действий выдвигают гипотезы об ошибках, каждую из которых проверяют. Если гипотеза верна, то детализируют информацию об ошибке, иначе — выдвигают другую гипотезу.

Самый ответственный этап — выявление симптомов ошибки. Организуя данные об ошибке, целесообразно записать все, что известно о ее проявлениях, причем фиксируют, как ситуации, в которых фрагмент с ошибкой выполняется нормально, так и ситуации, в которых ошибка проявляется. Если в результате изучения данных никаких гипотез не появляется, то необходима дополнительная информация об ошибке. Дополнительную информацию можно получить, например, в результате выполнения схожих тестов.

В процессе доказательства пытаются выяснить, все ли проявления ошибки объясняет данная гипотеза, если не все, то либо гипотеза не верна, либо ошибок несколько.

По методу дедукции вначале формируют множество причин, которые могли бы вызвать данное проявление ошибки. Затем, анализируя причины, исключают, те, которые противоречат имеющимся данным. Если все причины исключены, то следует выполнить дополнительное тестирование исследуемого фрагмента. В противном случае наиболее вероятную гипотезу пытаются доказать. Если гипотеза объясняет полученные признаки ошибки, то ошибка найдена, иначе — проверяют следующую причину.

Метод обратного прослеживания.

Для небольших программ эффективно применение метода обратного прослеживания. Начинают с точки вывода неправильного результата. Для этой точки строится гипотеза о значениях основных переменных, которые могли бы привести к получению имеющегося результата. Далее, исходя из этой гипотезы, делают предположения о значениях переменных в предыдущей точке. Процесс продолжают пока не обнаружат причину ошибки.

9.3. Методы и средства получения дополнительной информации

Для получения дополнительной информации об ошибке можно выполнить добавочные тесты или использовать специальные методы и средства

• интегрированные средства отладки,

Метод требует включения в программу дополнительного отладочного вывода в узловых точках. Узловыми считают точки алгоритма, в которых основные переменные программы меняют свои значения. При этом предполагается, что, выполнив анализ выведенных значений, программист уточнит момент, когда были получены неправильные значения, и сможет сделать вывод о причине ошибки.

Данный метод не очень эффективен и в настоящее время практически не используется.

Интегрированные средства отладки.

Большинство современных сред программирования (Delphi, Builder C++, Visual Studio и т. д.) включают средства отладки, которые обеспечивают максимально эффективную отладку. Они позволяют:

• выполнять программу по шагам, причем как с заходом в подпрограммы, так и выполняя их целиком,

• предусматривать точки останова,

• выполнять программу до оператора указанного курсором и т.п..

Отладка с использованием независимых отладчиков.

При программировании программ иногда используют специальные программы — отладчики, которые позволяют выполнить любой фрагмент программы в пошаговом режиме и проверить содержимое интересующих программиста переменных. Как правило, такие отладчики позволяют отлаживать программу только в машинных командах, представленных в 16-ричном коде.

9.4. Общая методика отладки программного обеспечения

Суммируя все сказанное выше, можно предложить следующую методику отладки программного обеспечения, написанного на универсальных языках программирования для выполнения в операционных системах MS DOS и Win32:

1 этап — изучение проявления ошибки — если выдано какое-либо сообщение или выданы неправильные или неполные результаты, то необходимо их изучить и попытаться понять, какая ошибка могла так проявиться. При этом используют индуктивные и дедуктивные методы отладки. В результате выдвигают версии о характере ошибки, которые необходимо проверить. Для этого можно применить методы и средства получения дополнительной информации об ошибке.

Если ошибка не найдена или система просто «зависла», переходят ко второму этапу.

2 этап— локализация ошибки — определение конкретного фрагмента, при выполнении которого произошло отклонение от предполагаемого вычислительного процесса. При этом, если были получены неправильные результаты, то в пошаговом режиме проверяют ключевые точки процесса формирования данного результата.

Как подчеркивалось выше, ошибка не обязательно допущена в том месте, где она проявилась. Если в конкретном случае это так, то переходят к следующему этапу.

3 этап — определение причины ошибки — изучение результатов второго этапа и формирование версий возможных причин ошибки. Эти версии необходимо проверить, возможно, используя отладочные средства для просмотра последовательности операторов или значений переменных.

4 этап — исправление ошибки — внесение соответствующих изменений во все операторы, совместное выполнение которых привело к ошибке.

5 этап — повторное тестирование — повторение всех тестов с начала, так как при исправлении обнаруженных ошибок часто вносят в программу новые.

Читать еще: Язык программирования в эксель

11. Отладка программного обеспечения. Классификация ошибок, методы отладки программного обеспечения: ручного тестирования, индукции, дедукции, обратного прослеживания.

Отладка программы — один их самых сложных этапов разработки программного обеспечения, требующий глубокого знания:

• специфики управления используемыми техническими средствами,

• среды и языка программирования,

• природы и специфики различных ошибок,

• методик отладки и соответствующих программных средств.

Отладка — это процесс локализации и исправления ошибок, обнаруженных при тестировании программного обеспечения. Локализацией называют процесс определения оператора программы, выполнение которого вызвало нарушение нормального вычислительного процесса. Доя исправления ошибки необходимо определить ее причину , т. е. определить оператор или фрагмент, содержащие ошибку. Причины ошибок могут быть как очевидны, так и очень глубоко скрыты.

В целом сложность отладки обусловлена следующими причинами:

• требует от программиста глубоких знаний специфики управления используемыми техническими средствами, операционной системы, среды и языка программирования, реализуемых процессов, природы и специфики различных ошибок, методик отладки и соответствующих программных средств;

• психологически дискомфортна, так как необходимо искать собственные ошибки и, как правило, в условиях ограниченного времени;

• возможно взаимовлияние ошибок в разных частях программы, например, за счет затирания области памяти одного модуля другим из-за ошибок адресации;

• отсутствуют четко сформулированные методики отладки.

В соответствии с этапом обработки, на котором проявляются ошибки, различают (рис. 10.1): синтаксические ошибки — ошибки, фиксируемые компилятором (транслятором, интерпретатором) при выполнении синтаксического и частично семантического анализа программы; ошибки компоновки — ошибки, обнаруженные компоновщиком (редактором связей) при объединении модулей программы;

ошибки выполнения — ошибки, обнаруженные операционной системой, аппаратными средствами или пользователем при выполнении программы.

Синтаксические ошибки. Синтаксические ошибки относят к группе самых простых, так как синтаксис языка, как правило, строго формализован, и ошибки сопровождаются развернутым комментарием с указанием ее местоположения. Определение причин таких ошибок, как правило, труда не составляет, и даже при нечетком знании правил языка за несколько прогонов удается удалить все ошибки данного типа.

Следует иметь в виду, что чем лучше формализованы правила синтаксиса языка, тем больше ошибок из общего количества может обнаружить компилятор и, соответственно, меньше ошибок будет обнаруживаться на следующих этапах. В связи с этим говорят о языках программирования с защищенным синтаксисом и с незащищенным синтаксисом. К первым, безусловно, можно отнести Pascal, имеющий очень простой и четко определенный синтаксис, хорошо проверяемый при компиляции программы, ко вторым — Си со всеми его модификациями. Чего стоит хотя бы возможность выполнения присваивания в условном операторе в Си, например:

if (c = n) x = 0; /* в данном случае не проверятся равенство с и n, а выполняется присваивание с значения n, после чего результат операции сравнивается с нулем, если программист хотел выполнить не присваивание, а сравнение, то эта ошибка будет обнаружена только на этапе выполнения при получении результатов, отличающихся от ожидаемых */ Ошибки компоновки. Ошибки компоновки, как следует из названия, связаны с проблемами,

обнаруженными при разрешении внешних ссылок. Например, предусмотрено обращение к подпрограмме другого модуля, а при объединении модулей данная подпрограмма не найдена или не стыкуются списки параметров. В большинстве случаев ошибки такого рода также удается быстро локализовать и устранить.

Ошибки выполнения. К самой непредсказуемой группе относятся ошибки выполнения. Прежде всего они могут иметь разную природу, и соответственно по-разному проявляться. Часть ошибок обнаруживается и документируется операционной системой. Выделяют четыре способа проявления таких ошибок:

• появление сообщения об ошибке, зафиксированной схемами контроля выполнения машинных команд, например, переполнении разрядной сетки, ситуации «деление на ноль», нарушении адресации и т. п.;

• появление сообщения об ошибке, обнаруженной операционной системой, например, нарушении защиты памяти, попытке записи на устройства, защищенные от записи, отсутствии файла с заданным именем и т. п.;

• «зависание» компьютера, как простое, когда удается завершить программу без перезагрузки операционной системы, так и «тяжелое», когда для продолжения работы необходима перезагрузка;

• несовпадение полученных результатов с ожидаемыми.

Примечание . Отметим, что, если ошибки этапа выполнения обнаруживает пользователь, то в двух первых случаях, получив соответствующее сообщение, пользователь в зависимости от своего характера, степени необходимости и опыта работы за компьютером, либо попробует понять, что произошло, ища свою вину, либо обратится за помощью, либо постарается никогда больше не иметь дела с этим продуктом. При «зависании» компьютера пользователь может даже не сразу понять, что происходит что-то не то, хотя его печальный опыт и заставляет волноваться каждый раз, когда компьютер не выдает быстрой реакции на введенную команду, что также целесообразно иметь в виду. Также опасны могут быть ситуации, при которых пользователь получает неправильные результаты и использует их в своей работе.

• неверное определение исходных данных,

• накопление погрешностей результатов вычислений (рис. 10.2).

Н е в е р н о е о п р е д е л е н и е и с х о д н ы х д а н н ы х происходит, если возникают любые ошибки при выполнении операций ввода-вывода: ошибки передачи, ошибки преобразования, ошибки перезаписи и ошибки данных. Причем использование специальных технических средств и программирование с защитой от ошибок (см.§ 2.7) позволяет обнаружить и предотвратить только часть этих ошибок, о чем безусловно не следует забывать.

Л о г и ч е с к и е о ш и б к и имеют разную природу. Так они могут следовать из ошибок, допущенных при проектировании, например, при выборе методов, разработке алгоритмов или определении структуры классов, а могут быть непосредственно внесены при кодировании модуля.

К последней группе относят:

ошибки некорректного использования переменных , например, неудачный выбор типов данных, использование переменных до их инициализации, использование индексов, выходящих за границы определения массивов, нарушения соответствия типов данных при использовании явного или неявного переопределения типа данных, расположенных в памяти при использовании нетипизированных переменных, открытых массивов, объединений, динамической памяти, адресной арифметики и т. п.;

ошибки вычислений , например, некорректные вычисления над неарифметическими переменными, некорректное использование целочисленной арифметики, некорректное преобразование типов данных в процессе вычислений, ошибки, связанные с незнанием приоритетов выполнения операций для арифметических и логических выражений, и т. п.;

ошибки межмодульного интерфейса , например, игнорирование системных соглашений, нарушение типов и последовательности при передачи параметров, несоблюдение единства единиц измерения формальных и фактических параметров, нарушение области действия локальных и глобальных переменных;

другие ошибки кодирования , например, неправильная реализация логики программы при кодировании, игнорирование особенностей или ограничений конкретного языка программирования.

Н а к о п л е н и е п о г р е ш н о с т е й результатов числовых вычислений возникает, например, при некорректном отбрасывании дробных цифр чисел, некорректном использовании приближенных методов вычислений, игнорировании ограничения разрядной сетки представления вещественных чисел в ЭВМ и т. п.

Все указанные выше причины возникновения ошибок следует иметь в виду в процессе отладки. Кроме того, сложность отладки увеличивается также вследствие влияния следующих факторов:

опосредованного проявления ошибок;

возможности взаимовлияния ошибок;

возможности получения внешне одинаковых проявлений разных ошибок;

отсутствия повторяемости проявлений некоторых ошибок от запуска к запуску – так называемые стохастические ошибки;

возможности устранения внешних проявлений ошибок в исследуемой ситуации при внесении некоторых изменений в программу, например, при включении в программу диагностических фрагментов может аннулироваться или измениться внешнее проявление ошибок;

написания отдельных частей программы разными программистами.

Методы отладки программного обеспечения

Отладка программы в любом случае предполагает обдумывание и логическое осмысление всей имеющейся информации об ошибке. Большинство ошибок можно обнаружить по косвенным признакам посредством тщательного анализа текстов программ и результатов тестирования без получения дополнительной информации. При этом используют различные методы:

Метод ручного тестирования. Это — самый простой и естественный способ данной группы. При обнаружении ошибки необходимо выполнить тестируемую программу вручную, используя тестовый набор, при работе с которым была обнаружена ошибка.

Читать еще: Основы функционального программирования

Данный метод часто используют как составную часть других методов отладки.

Метод индукции. Метод основан на тщательном анализе симптомов ошибки, которые могут проявляться как неверные результаты вычислений или как сообщение об ошибке. Если компьютер просто «зависает», то фрагмент проявления ошибки вычисляют, исходя из последних полученных результатов и действий пользователя. Полученную таким образом информацию организуют и тщательно изучают, просматривая соответствующий фрагмент программы. В результате этих действий выдвигают гипотезы об ошибках, каждую из которых проверяют. Если гипотеза верна, то детализируют информацию об ошибке, иначе — выдвигают другую гипотезу. Последовательность выполнения отладки методом индукции показана на рис. 10.3 в виде схемы алгоритма.

Метод дедукции. По методу дедукции вначале формируют множество причин, которые могли бы вызвать данное проявление ошибки. Затем анализируя причины, исключают те, которые противоречат имеющимся данным. Если все причины исключены, то следует выполнить дополнительное тестирование исследуемого фрагмента. В противном случае наиболее вероятную гипотезу пытаются доказать. Если гипотеза объясняет полученные признаки ошибки, то ошибка найдена, иначе — проверяют следующую причину (рис. 10.4).

Метод обратного прослеживания. Для небольших программ эффективно применение метода обратного прослеживания. Начинают с точки вывода неправильного результата. Для этой точки строится гипотеза о значениях основных переменных, которые могли бы привести к получению имеющегося результата. Далее, исходя из этой гипотезы, делают предложения о значениях переменных в предыдущей точке. Процесс продолжают, пока не обнаружат причину ошибки.

Отладка программ

После того, как программные модули были успешно оттранслированы, размещены по конкретным адресам и связаны между собой, для отладки программы можно воспользоваться любым из следующих методов:

внутрисхемным эмулятором
встроенным программным отладчиком
внешним программным отладчиком
отлаживаемым устройством с записанным в память программ двоичным кодом программы

Внутрисхемный эмулятор с отображением переменных языка программирования на дисплее компьютера оказывает значительную помощь при отладке программ непосредственно на разрабатываемой аппаратуре. Этот метод отладки предоставляет наиболее удобную среду, когда можно непосредственно в отлаживаемом устройстве останавливать программу, контролировать выполнение программы непосредственно по исходному тексту программы, состояние внешних портов и внутренних переменных, как входящих в состав микросхемы, так и объявленных при написании исходного текста программы. Отметим, что при отладке программы с использованием внутрисхемного эмулятора необходимо включать в объектные модули символьную информацию. Необходимое для отладки программ оборудование показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Пример системы отладки программного обеспечения для микроконтроллеров

До недавнего времени внутрисхемный эмулятор являлся отдельным устройством, подключаемым к разрабатываемой плате вместо микроконтроллера. В состав современных микроконтроллеров часто входит встроенный внутрисхемный эмулятор. При этом наиболее удобным интерфейсом для связи с компьютером является JTAG интерфейс, хотя некоторые фирмы-производители микросхем предлагают свой интерфейс.

При использовании интегрированной среды программирования предоставляется удобный интерфейс, позволяющий легко отлаживать разрабатываемую программу. В настоящее время стандартом де-факто стал интерфейс, похожий на программную оболочку Visual C. Пример внешнего вида такой программной оболочки приведён на рисунке 2.

Рисунок 2. Пример внешнего вида отладчика интегрированной системы отладки программного обеспечения

Встроенный программный отладчик, входящий в состав интегрированной среды программирования не позволяет проконтролировать работу аппаратуры, подключенной к внешним ножкам микроконтроллера, но значительно удешевляет отладочный комплекс, необходимый для написания программ для микроконтроллеров. Сигналы, которые должна подавать на микроконтроллер аппаратура задаются самим программистом (а значит уже на этом этапе возможно возникновение ошибок из-за неправильного понимания работы аппаратуры). Ручной ввод этих сигналов значительно замедляет процесс отладки программного обеспечения.

Внешний программный отладчик. В некоторых случаях используется не интегрированная среда программирования, а отдельный транслятор с выбранного языка программирования. В этом случае можно воспользоваться любой программой, эмулирующей выбранный тип микроконтроллера. Так как объектные форматы различных трансляторов несколько отличаются друг от друга, то в качестве входного файла используется загрузочный модуль в двоичном или гексадецимальном формате. В этих форматах отладочная информация полностью отсутствует, поэтому отладку в таких программах можно вести только с помощью встроенного дизассемблера и распечатанного (или открытого в другом окне) листинга программы. Естественно, что это ещё более неудобный способ отладки по сравнению с использованием интегрированной среды программирования и внутрисхемного эмулятора.

Программирование микросхемы. При использовании любого способа отладки программы, готовый загрузочный модуль записывается во внутреннюю память программ микроконтроллера при помощи программатора (который входит в состав многих современных микросхем микроконтроллеров). После этого ведётся тщательное тестирование разработанного устройства с целью обнаружения ошибок в схеме и программе этого устройства. Только после успешного прохождения этого тестирования программа считается полностью написанной и отлаженной.

При написании достаточно простых программ иногда для отладки программ используют только этот последний этап тестирования. Однако обнаружение, поиск и устранение ошибок при использовании только этого метода очень трудоёмок! Это то же самое, что пытаться настроить аппаратуру без использования приборов!

Способы отладки программ

Отладка программ заключается в проверке правильности работы программы и аппаратуры. Программа, не содержащая синтаксических ошибок тем не менее может содержать логические ошибки, не позволяющие программе выполнять заложенные в ней функции. Логические ошибки могут быть связаны с алгоритмом программы или с неправильным пониманием работы аппаратуры, подключённой к портам микроконтроллера.

Встроенный в состав интегрированной среды программирования отладчик позволяет отладить те участки кода программы, которые не зависят от работы аппаратуры, не входящей в состав микросхемы микроконтроллера. Обычно это относится к вычислению математических выражений или преобразованию форматов представления данных.

Для отладки программ обычно применяют три способа:

Пошаговая отладка программ с заходом в подпрограммы;
Пошаговая отладка программ с выполнением подпрограммы как одного оператора;
Выполнение программы до точки останова.

Пошаговая отладка программ заключается в том, что выполняется один оператор программы и, затем контролируются те переменные, на которые должен был воздействовать данный оператор.

Если в программе имеются уже отлаженные подпрограммы, то подпрограмму можно рассматривать, как один оператор программы и воспользоваться вторым способом отладки программ.

Если в программе существует достаточно большой участок программы, уже отлаженный ранее, то его можно выполнить, не контролируя переменные, на которые он воздействует. Использование точек останова позволяет пропускать уже отлаженную часть программы. Точка останова устанавливается в местах, где необходимо проверить содержимое переменных или просто проконтролировать, передаётся ли управление данному оператору.

Практически во всех отладчиках поддерживается это свойство (а также выполнение программы до курсора и выход из подпрограммы). Затем отладка программы продолжается в пошаговом режиме с контролем локальных и глобальных переменных, а также внутренних регистров микроконтроллера и напряжений на выводах этой микросхемы.

Контроль данных при пошаговой отладке. При использовании встроенного отладчика программ для контроля переменных можно воспользоваться окном Watch. В большинстве случаев это намного выгоднее, чем использовать просмотр памяти данных. Переменные в этом окне отображаются в том формате, в котором они были объявлены в программе. Преобразование данных из одной формы представления в другую осуществляется встроенными средствами отладчика. Если же отладочная информация по какой либо причине была потеряна или программирование ведётся на языке программирования ассемблер, то состояние переменных можно проконтролировать просмотром содержимого внутренней и внешней памяти микроконтроллера. Для определения конкретной ячейки памяти микроконтроллера, занятой под переменную можно воспользоваться листингом, создаваемым редактором связей компилятора или самим компилятором, если не используется многомодульное программирование.

Практически все отладчики позволяют проконтролировать содержимое рабочих регистров текущего банка.

М. Рафикумазан Микропроцессоры и машинное проектирование микропроцессорных систем, пер. с англ. — М.: Мир, 1988
Н. Вирт Систематическое программирование. Введение. М.: Мир, 1977
Н. Вирт Алгоритмы и структуры данных. Новая версия для Оберона + CD. М.: ДМК Пресс, 2010
М. Бен-Ари Языки программирования. Практический сравнительный анализ: М.: Мир, 2000
Уоллес Вонг Основы программирования для «чайников» М.: Диалектика, 2007
Микушин А.В. Занимательно о микроконтроллерах. СПб, БХВ-Петербург, 2006.
Микушин А.В., Сажнев А.М., Сединин В.И. Цифровые устройства и микропроцессоры. СПб, БХВ-Петербург, 2010.

Читать еще: Как начать программировать на си

Вместе со статьей «Многомодульные программы» читают:

Отладка программы

Ч асто бывают ситуации, когда код скомпилировался, но работает не так, как предполагалось. Обнаружить ошибку просмотром кода не удалось и логгирование не особо помогает. Тогда можно воспользоваться дебаггером, пошагово пройти программу (благо, они у вас совсем небольшие), проследить состояние переменных и ход выполнения приложения или дизассемблировать код.

Пусть у нас имеется следующий код

Необходимо научиться работать с отладчиком: пошагово проходить весь код, устанавливать точки останова программы, просматривать значения переменных во время работы.

Visual Studio

В ыполните ОТЛАДКА | Шаг с обходом, или нажмите F10. Вы получите примерно такую картину, как на рисунке. Жёлтая стрелка указывает, какой оператор будет выполнен. Используя шаг с обходом (F10), шаг с заходом (F11) и шаг с выходом (Shift + F11) можно исполнять программу.

Шаг с обходом выполняет оператор, но не заходит в него. Например, если это вызов функции, то он будет произведён, но внутрь функции мы не попадём.

Шаг с заходом позволяет «зайти» в оператор, если он сложный. Например, перейти к функции, которая выполняется.

Шаг с выходом позволяет вернуться на уровень выше, если мы совершили шаг с заходом.

Окошко «Локальные» снизу показывает текущее значение локальных переменных. Во время захода в функцию в значениях хранится мусор.

Нажимая F10, дойдите до строки 23, где происходит вызов функции printArray. Если вы нажмёте F11, то перейдёт внутрь функции printArray.

Чтобы выйти из этой функции, можно нажать Shift + F11.

Если часть программы необходимо пропустить, то ставят точку останова (breakpoint, «бряк»). Для этого кликают по левому полю, рядом со строчкой, на которой необходимо остановиться, или нажимают F9. Останов можно осуществить только на операторе, нельзя остановиться, например, на определении переменной или пустой строке. В этом случае отладчик «скинет» точку останова до ближайшего валидного места.

После того, как точка останова выставлена, можно нажать F5. Программа будет выполняться до тех пор, пока не встретит точку останова. Это особенно удобно, когда нужно обойти ввод данных.

Точка останова может иметь ряд условий, например, число попаданий, фильтры, действие, которое выполняется при остановке и т.д. Для того, чтобы задать дополнительные свойства, кликните правой кнопкой мыши на точке и в выпадающем меню выберете нужный пункт.

Пусть, например, мы хотим остановить выполнение программы тогда, когда значение локальной переменной i внутри цикла в функции стало равно 2. Для этого напишем соответствующее условие

Теперь, если нажать на «Продолжить», то программа будет работать до тех пор, пока значение локальной переменной i внутри функции не станет равным 2.

Borland, Code Gear, Embarcadero etc.

В ыполните Run | Step over, или нажмите F8. Вы получите примерно такую картину, как на рисунке. Синяя стрелка указывает, какой оператор будет выполнен. Используя шаг с обходом (F8), шаг с заходом (F7) можно исполнять программу. Кроме этого, имеются дополнительные возможности, например исполнение кода до курсора (F4), исполнение до тех пор, пока не будет осуществлён возврат (Shift + F8), просматривать состояние переменных и выражений (Run | Inspect), изменять значение переменных (Ctrl + F7) и добавлять список отслеживаемых переменных и выражений (Ctrl + F5).

Шаг с выходом позволяет вернуться на уровень выше, если мы совершили шаг с заходом.

Окошко «Local Variables» слева снизу отображает текущее значение локальных переменных. Во время захода в функцию в значениях хранится мусор.

Нажимая F8, дойдите до строки 23, где происходит вызов функции printArray. Если вы нажмёте F7, то перейдёт внутрь функции printArray.

Если часть программы необходимо пропустить, то ставят точку останова. Для этого кликают по левому полю, рядом со строчкой, на которой необходимо остановиться. Останов можно осуществить только на операторе, нельзя остановиться, например, на определении переменной или пустой строке. В этом случае отладчик отметит крестом нерабочую точку останова. Во время отладки все возможные точки останова выделены синим, если по ним кликнуть, то они становятся активными красными.

После того, как точка останова выставлена, можно нажать F9. Программа будет выполняться до тех пор, пока не встретит точку останова. Это особенно удобно, когда нужно обойти ввод данных.

Точка останова может быть иметь ряд условий, например, число попаданий, фильтры, действие, которое выполняется при остановке и т.д. Для того, чтобы задать дополнительные свойства, кликните правой кнопкой мыши на точке и в выпадающем меню выберете Breakpoint Properties….

Слева расположено окно Watchlist. Watchlist позволяет добавлять отслуживаемые переменные и выражения. Кликните два раза по полю и появится диалоговое окно. Пусть, например, мы хотим трассировать сумму переменных i и j. Запишем в watchlist сумму

Урок №26. Отладка программ: степпинг и точки останова

Обновл. 30 Ноя 2019 |

Как ни странно, программирование может быть сложным и ошибок может быть очень много. Ошибки, как правило, попадают в одну из двух категорий: синтаксические или семантические (смысловые).

Типы ошибок

Синтаксическая ошибка возникает, когда вы пишете код, который не соответствует правилам грамматики языка C++. Например: пропущенные точки с запятой, необъявленные переменные, непарные круглые или фигурные скобки и т.д. В следующей программе есть несколько синтаксических ошибок:

Если вы используете другую IDE, то найдите в меню команду «Step Into/Шаг с заходом» и выберите её.

Когда вы это сделаете, должны произойти две вещи. Во-первых, так как наше приложение является консольной программой, то должно открыться консольное окно. Оно будет пустым, так как мы ещё ничего не выводили. Во-вторых, вы должны увидеть специальный маркер слева возле открывающей скобки функции main(). В Visual Studio этим маркером является жёлтая стрелочка (если вы используете другую IDE, то должно появиться что-нибудь похожее):

Стрелка-маркер указывает на следующую строку, которая будет выполняться. В этом случае отладчик говорит нам, что следующей строкой, которая будет выполняться, будет открывающая фигурная скобка функции main(). Выберите «Шаг с заходом» ещё раз — стрелка переместиться на следующую строку:

Это означает, что следующей строкой, которая будет выполняться, будет вызов функции printValue(). Выберите «Шаг с заходом» ещё раз. Поскольку printValue() — это вызов функции, то мы переместимся в начало функции printValue():

Выберите ещё раз «Шаг с заходом» для выполнения открывающей фигурной скобки printValue(). Стрелка будет указывать на std::cout .

Теперь выберите «Шаг с обходом» (F10). Вы увидите число 5 в консольном окне.

Выберите «Шаг с заходом» ещё раз для выполнения закрывающей фигурной скобки printValue(). printValue() завершит своё выполнение и стрелка переместиться в main(). Обратите внимание, в main() стрелка снова будет указывать на вызов printValue():

Может показаться, будто отладчик намеревается ещё раз повторить цикл с функцией printValue(), но в действительности он нам просто сообщает, что он только что вернулся из этой функции.

Выберите «Шаг с заходом» два раза. Готово, все строчки кода выполнены. Некоторые дебаггеры автоматически прекращают сеанс отладки в этой точке. Но Visual Studio так не делает, так что если вы используете Visual Studio, то выберите «Отладка» > «Остановить отладку» (или Shift+F5):

Таким образом мы полностью остановили сеанс отладки нашей программы.

Команда «Шаг с обходом»

Как и команда «Шаг с заходом», команда «Шаг с обходом» (англ. «Step over») позволяет выполнить следующую строку кода. Только если этой строкой является вызов функции, то «Шаг с обходом» выполнит весь код функции в одно нажатие и возвратит нам контроль после того, как функция будет выполнена.

Примечание для пользователей Code::Blocks: Команда «Step over» называется «Next Line».

Рассмотрим пример, используя программу выше:

0 0 голоса

Рейтинг статьи