Что такое отладка в программировании

Что такое отладка?

Отладчик Visual Studio — очень эффективное средство. Прежде чем приступать к его использованию, следует ознакомиться с базовыми терминами, такими как отладчик, отладка и режим отладки. Когда позднее мы будем вести речь о поиске и устранении ошибок, мы будем иметь в виду то же самое.

Отладчик и отладка

Термин отладка может иметь разные значения, но в первую очередь он означает устранение ошибок в коде. Делается это по-разному. Например, отладка может выполняться путем проверки кода на наличие опечаток или с помощью анализатора кода. Код можно отлаживать с помощью профилировщика производительности. Кроме того, отладка может производиться посредством отладчика.

Отладчик — это узкоспециализированное средство разработки, которое присоединяется к работающему приложению и позволяет проверять код. В документации по отладке для Visual Studio именно это обычно подразумевается под отладкой.

Режим отладки и выполнение приложения

При первом запуске приложения в Visual Studio его можно запустить, нажав зеленую кнопку со стрелкой на панели инструментов (или F5). По умолчанию в раскрывающемся списке слева отображается элемент Отладка. Если вы не имеете опыта работы с Visual Studio, может показаться, что отладка приложения — это практически то же самое, что его запуск. На самом деле эти задачи хоть и связаны, но коренным образом различаются.

Значение Отладка соответствует конфигурации отладки. Когда вы запускаете приложение (нажимая зеленую стрелку или клавишу F5) в конфигурации отладки, оно запускается в режиме отладки. Это означает, что приложение запускается с присоединенным отладчиком. В результате вы получаете полный набор функций отладки, которые можно использовать для поиска ошибок в приложении.

Если у вас открыт проект, выберите в раскрывающемся списке Отладка элемент Выпуск.

При выборе этого параметра конфигурация отладки для проекта меняется на конфигурацию выпуска. Проекты Visual Studio имеют отдельные конфигурации выпуска и отладки для вашей программы. Производится построение отладочной версии для отладки и версии выпуска для окончательного выпуска программы. Сборка выпуска оптимизирована для обеспечения максимальной производительности, а отладочная сборка лучше подходит для отладки.

Когда следует использовать отладчик

Отладчик — важнейший инструмент для поиска и устранения ошибок в приложениях. Однако большое значение имеет контекст. Важно использовать все средства, имеющиеся в вашем распоряжении, чтобы быстро устранять ошибки. Зачастую лучшим «средством» являются правильные методики написания кода. Зная, когда лучше использовать отладчик, а когда — другие средства, вы также сможете более эффективно использовать отладчик.

Связанный контент

Из этой статьи вы узнали общие принципы отладки приложений. Теперь вы можете приступить к знакомству с процессом отладки в Visual Studio и написанию кода с меньшим количеством ошибок. В следующих статьях приводятся примеры кода на C#, но основные понятия применимы ко всем языкам, поддерживаемым средой Visual Studio.

Отладка программы

Отла́дка — этап разработки компьютерной программы, на котором обнаруживают, локализуют и устраняют ошибки. Чтобы понять, где возникла ошибка, приходится :

• узнавать текущие значения переменных;
• выяснять, по какому пути выполнялась программа.

Существуют две взаимодополняющие технологии отладки.

• Использование отладчиков — программ, которые включают в себя пользовательский интерфейс для пошагового выполнения программы: оператор за оператором, функция за функцией, с остановками на некоторых строках исходного кода или при достижении определённого условия.
• Вывод текущего состояния программы с помощью расположенных в критических точках программы операторов вывода — на экран, принтер, громкоговоритель или в файл. Вывод отладочных сведений в файл называется журналированием.

Место отладки в цикле разработки программы

Типичный цикл разработки, за время жизни программы многократно повторяющийся, выглядит примерно так:

1. Программирование — внесение в программу новой функциональности, исправление ошибок в имеющейся.
2. Тестирование (ручное или автоматизированное; программистом, тестером или пользователем; «дымовое», в режиме чёрного ящика или модульное…) — обнаружение факта ошибки.
3. Воспроизведение ошибки — выяснение условий, при которых ошибка случается. Это может оказаться непростой задачей при программировании параллельных процессов и при некоторых необычных ошибках, известных как гейзенбаги.
4. Отладка — обнаружение причины ошибки.

Инструменты

Способности программиста к отладке — это, по-видимому, важнейший фактор в обнаружении источника проблемы, но сложность отладки сильно зависит от используемого языка программирования и инструментов, в частности, отладчиков.

Инструменты отладки

Отладчик представляет из себя программный инструмент, позволяющий программисту наблюдать за выполнением исследуемой программы, останавливать и перезапускать её, прогонять в замедленном темпе, изменять значения в памяти и даже, в некоторых случаях, возвращать назад по времени.

Также полезными инструментами в руках программиста могут оказаться:

• Профилировщики. Они позволят определить сколько времени выполняется тот или иной участок кода, а анализ покрытия позволит выявить неисполняемые участки кода.
• API логгеры позволяют программисту отследить взаимодействие программы и Windows API при помощи записи сообщений Windows в лог.
• Дизассемблеры позволят программисту посмотреть ассемблерный код исполняемого файла
• Снифферы помогут программисту проследить сетевой трафик генерируемой программой
• Снифферы аппаратных интерфейсов позволят увидеть данные которыми обменивается система и устройство.
• Логи системы.

Использование языков программирования высокого уровня, таких как Java, обычно упрощает отладку, поскольку содержат такие средства как обработка исключений, сильно облегчающие поиск источника проблемы. В некоторых низкоуровневых языках, таких как ассемблер, ошибки могут приводить к незаметным проблемам — например, повреждениям памяти или утечкам памяти, и бывает довольно трудно определить что стало первоначальной причиной ошибки. В этих случаях, могут потребоваться изощрённые приёмы и средства отладки.

«Наш личный выбор — стараться не использовать отладчики, кроме как для просмотра стека вызовов или же значений пары переменных. Одна из причин этого заключается в том, что очень легко потеряться в деталях сложных структур данных и путей исполнения программы. Мы считаем пошаговый проход по программе менее продуктивным, чем усиленные размышления и код, проверяющий сам себя в критических точках.

Щёлканье по операторам занимает больше времени, чем просмотр сообщений операторов выдачи отладочной информации, расставленных в критических точках. Быстрее решить, куда поместить оператор отладочной выдачи, чем проходить шаг за шагом критические участки кода, даже предполагая, что мы знаем, где находятся такие участки. Более важно то, что отладочные операторы сохраняются в программе, а сессии отладчика переходящи.

Слепое блуждание в отладчике, скорее всего, непродуктивно. Полезнее использовать отладчик, чтобы выяснить состояние программы, в котором она совершает ошибку, затем подумать о том, как такое состояние могло возникнуть. Отладчики могут быть сложными и запутанными программами, особенно для новичков, у которых они вызовут скорее недоумение, чем принесут какую либо пользу…»

«Отладка сложна и может занимать непредсказуемо долгое время, поэтому цель в том, чтобы миновать большую её часть. Технические приёмы, которые помогут уменьшить время отладки, включают хороший дизайн, хороший стиль, проверку граничных условий, проверку правильности исходных утверждений и разумности кода, защитное программирование, хорошо разработанные интерфейсы, ограниченное использование глобальных переменных, автоматические средства контроля и проверки. Грамм профилактики стоит тонны лечения.»

Инструменты, снижающие потребность в отладке

Другое направление — сделать, чтобы отладка нужна была как можно реже. Для этого применяются:

• Контрактное программирование — чтобы программист подтверждал другим путём, что ему на выходе нужно именно такое поведение программы. В языках, в которых контрактного программирования нет, используется самопроверка программы в ключевых точках.
• Модульное тестирование — проверка поведения программы по частям.
• Статический анализ кода — проверка кода на стандартные ошибки «по недосмотру».
• Высокая культура программирования, в частности, паттерны проектирования, соглашения об именовании и прозрачное поведение отдельных блоков кода — чтобы объявить себе и другим, каким образом должна вести себя та или иная функция.
• Широкое использование проверенных внешних библиотек.

Безопасность программного кода и отладка

В программном коде может быть так называемое недокументированное поведение — серьёзные ошибки, которые не проявляются при нормальном ходе выполнения программы, однако весьма опасны для безопасности всей системы в случае целенаправленной атаки. Чаще всего это результат ошибок программиста. Наиболее известные примеры — это SQL-инъекция и переполнение буфера. В данном случае задача отладки это:

• Выявление недокументированного поведения системы
• Устранение небезопасного кода

Выделяют такие методы:

• статический анализ кода. На этой фазе программа сканер ищет последовательности в исходном тексте, соответствующие небезопасным вызовам функций и т. д. Фактически идет сканирование исходного текста программы на основе специальной базы правил, которая содержит описание небезопасных образцов кода.
• фаззинг. Это процесс подачи на вход программы случайных или некорректных данных и анализ реакции программы.
• Reverse engineering (Обратная инженерия). Этот случай возникает, когда независимые исследователи ищут уязвимости и недокументированные возможности программы.

Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

Литература

• Стив Магьюир, «Создание надёжного кода» (Steve Maguire. Writing Solid Code. Microsoft Press, 1993)
• Стив Мак-Коннел, «Совершенный код» (Steve McConnel. Code Complete. Microsoft Press, 1993)

См. также

• Отладчик
• Отладчик ядра
• Стек вызовов
• Утечка памяти
• Точка останова
• Тестирование программного обеспечения
• Программирование
• Отладочные символы

Ссылки

• Отладка AMD64 на уровне машинного кода с помощью отладчика dbx (рус.)

Отладка и отладка программного обеспечения

Отладка — это процесс поиска и удаления ошибок из программное обеспечение† Ошибки возникают в программах, когда строка кода или инструкция конфликтует с другими элементами кода. Мы также называем ошибки или дефекты в аппаратных ошибках. Суть в том, что программа не работает должным образом из-за ошибки.

Программирование — сложный процесс. Поскольку это работа человека, часто могут возникать ошибки. Причиной ошибки часто является конфликт в программном обеспечении, когда мы пытаемся заставить разные приложения работать вместе.

Ошибки программирования

Ошибки программирования являются наиболее распространенной ошибкой, и процесс их поиска и исправления называется отладкой.. В программе может быть три типа ошибок: синтаксические ошибки, ошибки времени выполнения и семантические ошибки. Полезно сделать это различие, чтобы мы могли быстрее находить ошибки.

История отладки

Легенда гласит, что первая компьютерная ошибка была настоящей ошибкой. В 1945 году в Гарварде моль между двумя электрическими реле релейного калькулятора Mark II Aiken отключила всю машину.

Отладка это работа программиста

Отладка одна девелоперская деятельность и эффективная отладка очень важна для повышения качества системы. Отладка не гарантирует, что приложение полностью соответствует его требованиям. Вот почему мы нуждаемся в всегда тестировать программное обеспечение после исправления ошибки.

Для программиста отладка более сложна для сложных систем, особенно если разные подсистемы тесно связаны, потому что изменения в одном приложении или интерфейсе в другой системе могут вызвать ошибки, которые трудно отследить. Иногда для отладки программы требуется больше времени, чем для написания кода.

Отладка и тестирование принадлежат друг другу

В процессе разработки программного обеспечения программные модули проходят множество строгих испытаний. Различные типы тестов должны выявить проблемы и ошибки, прежде чем программное обеспечение будет запущено в производство. Есть модульные тесты, системные тесты, интеграционное тестирование, тестирование производительности, приемочные испытания и так далее. Во время этих тестов мы всегда находим ошибки и баги. Программный код содержит потенциальные ошибки, которые могут привести к неожиданному поведению приложения или даже к сбою. Эти ошибки возвращаются программисту, который затем регулярно удаляет их посредством отладки.

В процессе отладки (т. Е. Тестирования) полные программы регулярно кодируются и выполняются специально для диагностики проблем. Большие приложения, содержащие миллионы строк программного кода, делятся на небольшие части. Эффективно сначала тестировать и отлаживать каждую часть по отдельности, а затем приложение в целом.

Процесс отладки

Чтобы отладить программу, программист должен начать с обнаруженной ошибки. Затем он должен изолировать исходный код с ошибкой и исправить ошибку. Программист должен знать, как исправить ошибку. Это требует знания анализа и устранения проблем. Когда ошибка устранена, программное обеспечение готово к использованию.

Это процесс отладки:

1. Воспроизведите ситуацию ошибки.
2. Опишите ошибку. Постарайтесь получить как можно больше информации от пользователя, чтобы определить точную причину.
3. Запишите состояние программы при появлении ошибки. Постарайтесь получить все значения переменных и состояния программы в это время.
4. Проанализируйте статус на основе переменных и действий в данный момент. Исходя из этого, ищите причину ошибки.
5. Исправьте сообщенную ошибку, но также проверьте, не была ли введена новая ошибка.

Отладчик

Если он должен отладить вручную, программист должен настроить программу. Это позволяет ему останавливать программу в определенных точках и читать переменные. С большим приложением это невозможно, к счастью, он получает помощь от отладчика.

Отладчик — это программный инструмент, который программисты используют для тестирования и поиска ошибок (ошибок) в других программах.

Отладчики также известны как программы отладки.

моделирование

Большинство отладчиков используют имитаторы набора команд. В отличие от запуска программы непосредственно на процессоре, симулятор обеспечивает более высокий уровень контроля над выполнением. Программист может использовать симулятор, чтобы остановить программу отладки или позволить ей работать в зависимости от конкретных обстоятельств. Программист может сам предопределять и устанавливать эти условия.

Программист может отслеживать выполнение программы шаг за шагом, оценивая значение переменных. Выполнение может быть остановлено в любом месте, чтобы получить значение переменных.

Когда программа дает сбой, отладчик указывает на место ошибки в программе. Помимо остановки в определенных точках, большинство отладчиков также способны выполнять программы шаг за шагом. Часто программист может тем временем изменить переменные и статусы программы, чтобы программа приняла другой оборот. Таким образом, они могут проверить, что именно произошло.

Поскольку это промежуточный уровень, использование тренажеров замедляет скорость работы программы.

Языки программирования и отладчики

Возможности отладчика могут сильно различаться от языка к языку. Обычно имеют языки программирования на основе компилятора лучший отладчик, чем языки на основе интерпретатора. Известные языки с компилятором: C, Java и Cobol. Языки, основанные на интерпретаторе: HTML, PHP и Javascript.

Некоторые языки программирования предлагают отладчик для проверки кода на наличие ошибок, возникающих во время выполнения.

Отладочный режим работы

Разработчик часто создает дополнительные возможности отладки в своих приложениях. Это часто происходит с SaaS и веб-приложениями. Затем приложению предоставляется дополнительная настройка, так называемый «режим отладки». Это может быть включено и выключено при необходимости. Если режим отладки включен, программа показывает:

• Переменные и их содержание.
• Статусы, которые применяются в то время.
• Обширные сообщения об ошибках.
• Иногда пользователь имеет больше прав для запроса или изменения данных.
• То, что программист также считает важным показать.

Отладка и безопасность

Большим преимуществом режима отладки является то, что вам не нужен отладчик, это вопрос настройки. Но есть и большая опасность в режиме отладки. Содержание отладочной информации очень интересно для хакеров. Показанные данные, такие как имена переменных и их значения, многое говорят о том, как работает приложение. Это облегчает обнаружение слабых мест, и иногда этого достаточно, чтобы войти в систему незамеченным.

Поэтому программисты не должны забывать снова выключать режим отладки после своей работы. Это может предотвратить многие проблемы.

Обсудить с нами LinkedIn.

Отладка приложения – что должен помнить разработчик

Разработка программного обеспечения предусматривает множество этапов. На каждом из них будущее приложение подвергается тем или иным манипуляциям. Немаловажным моментом при формировании контента является его отладка. Она называется debugging (дебаггинг).

Далее необходимо рассмотреть соответствующий этап программирования более подробно. Пропустить его невозможно, если программист хочет получить на выходе полноценно функционирующий проект.

Определение

Отладка – это поиск (локализация), а также анализ и непосредственное устранение ошибок в приложении. Неполадки обычно обнаруживаются на этапе тестирования.

Для того, чтобы понять, в каком именно месте возник сбой, разработчикам приходится:

• уточнять текущие значения переменных в пределах исходного кода;
• выяснять, по какому конкретно пути было направлено приложение в процессе тестирования.

Соответствующая операция может быть организована одновременно несколькими способами. Перед более детальным рассмотрением того, как осуществляется дебаггинг, необходимо предварительно изучить варианты ошибок. В зависимости от них будет меняться дальнейший алгоритм отладки.

Разновидности ошибок

Ошибки при разработке программного обеспечения могут быть совершенно разными. От типа встречающегося «сбоя» будет меняться спектр мер для его непосредственного, быстрого и успешного устранения.

Компиляция

Ошибка компиляции – простейший сбой. В компилируемых языках разработки они обычно обнаруживаются автоматически. Отвечает за их идентификацию так называемый компилятор – приложение для преобразования исходного кода в машинный).

Если после обработки компилятором система показывает сразу несколько неполадок, отладка (дебаггинг) начинается с исправления самого первого сбоя. Нередки ситуации, при которых последующие ошибки вытекают из одной.

Интерпретируемые языки (пример – Python) в машинный код текст исходного приложения будет переводиться команда за командой. Далее – сразу же реализовывается. К моменту выявления сбоя часть контента уже может успешно функционировать.

Компоновка

Следующий вариант – неполадки, связанные с компоновкой. Здесь рекомендуется запомнить следующее:

• данная категория «багов» связана с разрешением внешних ссылок;
• их выявлением занимается программа-компоновщик (специальный редактор связей) в процессе объединения программных модулей;
• рассматриваемый тип сбоя достаточно прост в обнаружении.

Исправление ошибок компоновки – далеко не самая сложная задача. С ней обычно с легкостью справляются даже разработчики-новички.

Ошибки выполнения (Runtime)

Следующая категория неполадок, требующая отладки – runtime errors. Сюда относят сбои, обнаруженные операционными системами, аппаратными средствами или пользователями непосредственно во время работы исходного приложения.

Соответствующий тип непредсказуем. Он проявляет себя только после успешной компиляции и компоновки. Поддерживает следующую классификацию проявления:

1. Ошибки, зафиксированные схемой контроля машинных команд.
2. Неполадки, зафиксированные операционной системой. Обычно соответствующий тип сбоя сопровождается развернутой документацией. С ее помощью удается понять, что произошло.
3. Прекращение функционирования устройства или его зависание. Подобную ситуацию могут спровоцировать небольшие сбои, устранение которых осуществляются за счет перезагрузки оборудования. Также допускаются серьезные неполадки, требующие полного отключения компьютера.
4. Получение результатов, которые отличаются от изначально ожидаемых. В соответствующем случае программное обеспечение успешно функционирует. Просто на выходе пользователь получает некорректные данные, принимаемые за истинные.

Runtime errors могут быть условно разделены на три крупные категории:

1. Сбои определения данных. Сюда же относят неверное определение исходных данных. Подобные неполадки появляются во время операций по вводу-выводу информации в приложения. Примеры – некорректное преобразование или перезапись.
2. Логические ошибки. Возникают из-за непосредственного нарушения логики программного обеспечения. Пример – при неграмотном выборе методов, алгоритмов, определении структуры данных или кодирования модулей.
3. Накопления погрешностей. Возникают при неправильном округлении, игнорировании ограничений разрядной сетки, использовании приблизительных методов расчетов.

Независимо от того, какой именно сбой произошел, он требует debugging. Соответствующий комплекс мер по отладке работы написанного программного обеспечения может быть реализован совершенно разными способами.

Методы отладки

Чтобы организовать debug, необходимо сначала понять, как выглядит типичный жизненный цикл программирования. Он будет зависеть от конкретного проекта. В основном выглядит так:

1. Программирование. На этом этапе в исходное приложение вносятся новые функциональности, а также исправления уже обнаруженных неполадок.
2. Тестирование. Оно организовывается вручную или автоматически. Помогает обнаруживать факт того или иного сбоя.
3. Воспроизведение «бага». Это выяснение условий, при которых появляется неполадка. Иногда соответствующий этап жизненного цикла разработки затягивается на неопределенный срок. Пример – при особо сложных и критичных неполадках.
4. Отладка (debugging) – обнаружение реальной причины ошибки.

Необходимо помнить, что методов отладки программного обеспечения много. Каждый из них предусматривает собственные особенности и нюансы организации.

Ручное тестирование

Тестирование проводится вручную при помощи тестового набора, работа с которым привела к неправильному функционированию. Этот прием эффективен относительно небольших проектов. В случае больших приложений ручное тестирование не принесет желаемого результата. То же самое касается ситуаций, когда в процессе функционирования программного обеспечения используются функции со сложными расчетами.

Ручное тестирование рекомендуется рассматривать в качестве составного элемента иных методов отладки.

Метод индукции

Отладка при помощи метода индукции заключается в тщательном анализе проявления того или иного сбоя. В качестве характерного поведения могут выступать сообщения об ошибках, неверные результаты расчетов.

Пример – в процессе работы программного обеспечения завис компьютер. В данном случае для обнаружения «неверного» фрагмента требуется проанализировать последние пользовательские манипуляции.

Работает принцип так:

1. Программа тестируется. Обнаруживаются неполадки.
2. На этапе отладки строятся гипотезы относительно причин возникновения неполадки.
3. Каждый вариант проверяется. Если гипотеза подтвердилась, информация о сбое детализируется. В противном случае – разработчик двигается дальше и выдвигает новые предположения.

Выше можно увидеть схематичную интерпретацию метода индукции при отладке. Стоит обратить внимание на то, что каждая выдвигаемая гипотеза должна четко пояснять все проявления сбоя. Если предположение отображает его частично, оно или неверное, или свидетельствует о наличии других ошибок.

Дедукция

Здесь сначала разработчики выдвигают множество причин появления ошибки. Далее – анализируют каждую, исключая противоречащие исходным данным. Если все предположения «отсеяны», разработчики проводят дополнительное тестирование.

Выше – схема того, как выглядит отладка дедуктивным методом. Если все гипотезы исключены, а дополнительный анализ не дал никакой конкретики, придется доказать наиболее вероятную причину образования сбоя.

Обратное прослеживание

Концепция, показывающая эффективность относительно небольших приложений. Начинается с точки вывода неправильных данных. Для нее выдвигается гипотеза о значениях основных переменных. Таких, которые могли бы привести к образовавшейся неполадке.

Далее, опираясь на гипотезу, разработчики строят предположения о значениях переменных в предыдущей точке. Операции продолжаются до тех пор, пока неполадка не будет обнаружена.

Отладка в современных IDE

Современные IDE используют собственные встроенные отладчики. Они используют точно такой же интерфейс, как и редакторы кода. Подобный подход позволяет выполнять отладку в той же среде, что и при разработке приложения.

Отладчики позволяют контролировать выполнение, проверять или изменять состояние проекта. Дополнительно разработчики могут использовать:

• профилировщики;
• API-логгеры;
• снифферы;
• дизассемблеры.

Отладчики могут работать несколькими способами: «шаг с заходом», «шаг с обходом» и «шаг с выходом». В первом случае выполняется инструкция, затем приложение приостанавливается, а отладчик проверяет ее состояние. Во втором – функции выполняются без приостановки программы. Возврат управления здесь осуществляется после реализации той или иной команды. В третьем варианте отладчик выполнит не следующую кодовую строку, а весь оставшийся код функции, с которой на данный момент ведется работа.

Хотите освоить современную IT-специальность? Огромный выбор курсов по востребованным IT-направлениям есть в Otus !