Отладка программы

Отладка программы — это последовательный поиск, объяснение и исправление ошибок в коде. Важно не только устранить сообщение об ошибке, но и проверить, что программа правильно работает на обычных, граничных и необычных входных данных.

Что такое отладка

Перед отладкой полезно вспомнить синтаксис языка: он определяет, как записываются команды, выражения, условия и циклы. Затем программу запускают на небольшом наборе данных и сравнивают полученный результат с ожидаемым.

Обычно отладка проходит в таком порядке: понять условие задачи, воспроизвести ошибку, определить место её появления, найти причину, исправить одну причину за раз и снова запустить программу. Если исправить сразу много строк, трудно понять, какое изменение помогло или создало новую проблему.

1. Сформулировать, какой результат должен быть получен.
2. Подобрать короткий тест, на котором ошибка заметна.
3. Проверить входные данные и значения переменных.
4. Исправить код и повторить тест.
5. Проверить граничные случаи.

Основные виды ошибок

Ошибки удобно разделять по моменту обнаружения и по характеру неверного поведения. Отдельные страницы синтаксическая ошибка, логическая ошибка и ошибка времени выполнения подробно разбирают эти случаи.

Синтаксические ошибки часто обнаруживаются редактором сразу. Важно читать не только последнюю строку сообщения: указанный номер строки может быть местом, где ошибка стала заметной, а настоящая причина находится строкой выше. Например, незакрытая скобка в предыдущей строке может привести к ошибке в следующей.

Стратегии поиска причины

Для коротких программ применяют трассировку: записывают значения переменных после каждой важной команды. Для длинных программ помогает модульность программы: проверяют отдельные функции и части алгоритма. При этом нужно учитывать область видимости переменных — одинаковые имена в разных блоках могут обозначать разные объекты.

Условие следует читать буквально. Если требуется посчитать числа, кратные \(3\), проверяют условие \(x\bmod 3=0\). Если требуется вывести количество, нельзя без причины заменять его суммой. Для сложных условий полезно выписать таблицу истинности или рассмотреть каждый случай отдельно.

При проверке циклов отдельно контролируют начальное значение счётчика, условие продолжения и изменение счётчика. Если счётчик не изменяется или условие всегда истинно, возникает бесконечный цикл. В программах с функциями нужно проследить граф вызовов: какая функция кого вызывает и не повторяется ли вызов без условия остановки.

Разбор программы по шагам

Рассмотрим программу, которая должна найти сумму всех чётных чисел от \(1\) до \(n\). В исходном варианте есть логическая ошибка в границе цикла.

1n = 6
2s = 0
3for x in range(1, n):
4    if x % 2 == 0:
5        s += x
6print(s)

1n = 6
2s = 0
3for x in range(1, n + 1):
4    if x % 2 == 0:
5        s += x
6print(s)

Это пример логической ошибки, а не синтаксической: запись программы допустима, но граница цикла не соответствует условию задачи. После исправления полезно проверить ещё несколько случаев: \(n=1\) даёт сумму \(0\), \(n=2\) — сумму \(2\), а \(n=0\) требует заранее понять, разрешён ли такой ввод.

Тестирование после исправления

Отладка заканчивается не в момент, когда исчезло сообщение об ошибке. Исправленная программа должна пройти тестирование программы. Минимальный набор тестов включает обычный случай, минимальное допустимое значение, максимальное или близкое к нему значение, пустой или нулевой случай, а также случай, где меняется ветвь условия.

Алгоритм действий на экзамене

• Проверьте ввод: сколько чисел читается, в каком порядке и какого они типа.
• Проследите инициализацию переменных до первого использования.
• Проверьте условия: знаки \(<\) и \(\le\), оператор and или or, остаток от деления.
• Для каждого цикла определите первое и последнее значение счётчика.
• Сравните программу с формулой или ручным решением на маленьком тесте.
• После исправления проверьте случай на границе и случай с пустым результатом.