10 полезных советов для отладки и устранения неполадок в программировании

Какая ошибка была допущена в программном коде

Несколькими тысячами строк кода позже, тот же самый проект может оказаться отягощенным ошибками, из-за которых добавление новых функций становится головной болью, и падает энтузиазм программистов. Лучшие разработчики знают, как найти и устранить ошибки, и придерживаются лучших практик в разработке программного обеспечения, чтобы свести к минимуму, в первую очередь, возникновение ошибок.

Ваш набор инструментов для борьбы с ошибками

1. Оператор печати

Операторы печати – это самый быстрый, простой и непосредственный для программиста способ инспектирования значений данных и типов переменных. Правильно размещенные операторы печати позволяют программисту отслеживать поток данных на участке кода и быстро определять источник ошибки.

Не имеет значения, сколько передовых технологий используется, скромный оператор печати должен быть первым инструментом, к которому обращается программист, когда пытается отладить участок кода.

2. Отладчик

Отладчики исходного кода доводят метод отладки с помощью операторов печати до его логического завершения. Они позволяют программисту отследить по шагам выполнение кода строка за строкой и инспектировать все, что угодно, начиная от значений переменных и заканчивая состоянием виртуальной машины.

Большинство языков программирования имеют множество доступных отладчиков, которые предлагают различные возможности, включая графические интерфейсы, настройки точек останова для приостановки выполнения программы, и выполнение произвольного кода внутри среды исполнения.

3. Система отслеживания ошибок

Использование какой-либо системы отслеживания ошибок является жизненно важным условием для нетривиальных проектов по созданию программного обеспечения. Типичная ситуация, которая складывается, когда не используют систему отслеживания ошибок, такова: программисты вынуждены разбираться в старых е-мейлах или переписке в чате в поисках информации об ошибках, или того хуже — единственным хранилищем информации об ошибках является память программиста.

Когда такое случается, некоторые ошибки неизбежно остаются неисправленными, и что более важно, их труднее обнаружить и устранить другие, связанные с ними ошибки.

Простой текстовый файл может служить начальной системой отслеживания ошибок для проекта. С ростом объема кода количество ошибок выйдет за рамки текстового файла.

Существует большой выбор систем отслеживания ошибок в программном обеспечении, как коммерческих, так и с открытым исходным кодом. Самым важным критерием в выборе такой системы является доступность для сотрудников-непрограммистов, которым нужно работать с файлом ошибок.

4. Верификация программ

В некоторых языках программирования верификатор может проводить статический анализ кода для обнаружения проблемных мест до того, как код будет откомпилирован или выполнен, а в других языках верификатор полезен для проверки синтаксиса и стиля написания.

Исполнение программы верификации внутри редактора во время написания кода или прогон кода через верификатор до компиляции и выполнения помогает программистам находить и исправлять неисправности до того, как они переросли в ошибки в исполняемом программном обеспечении.

5. Контроль версий

Также как и использование системы отслеживания ошибок, применение системы контроля версии – это самая лучшая практика в разработке программного обеспечения, которая не может быть игнорирована при разработке любого проекта значительного размера.

Системы контроля версий играют ключевую роль еще и потому, что позволяют программистам откатить изменения до более ранней версии кода, просто возвратившись в состояние базы до появления ошибок, не допуская при этом других ошибок, за исправление которых пришлось бы дорого поплатиться.

6. Модульность

Плохо спроектированный код – это главный источник трудно исправляемых ошибок. Если код легко понять, и он может быть « выполнен » в уме или на бумаге, есть большая вероятность, что программисты смогут быстро находить и исправлять ошибки.

Самый лучший способ добиться этого – писать функции, выполняющие что-то одно. А вот участок кода с большим количеством функций имеет большую склонность к возникновению ошибок, которые сложно отслеживать.

Проектирование компонентов программного обеспечения, которые осуществляет только одну функцию, часто называется модульным дизайном. Модульность помогает программистам рассматривать системы программного обеспечения в двух измерениях. Во-первых, модульность создает уровень абстракции, позволяющий думать о модуле системы без понимания всех деталей его работы.

Например, программист, разрабатывающий систему электронной коммерции, мог бы, рассматривая модуль обработки кредитной карты, видеть, как он связан с остальным кодом, не вдаваясь в детали самой обработки кредитной карты. С другой стороны, детали модуля (в нашем примере того, который занимается обработкой кредитной карты) могут быть рассмотрены и поняты без обращения к не имеющему отношение к этому модулю коду.

7. Автоматизированные тесты

Модульные тесты и другие типы автоматизированных тестов идут рука об руку с модульным программированием.

Автоматизированный код – это участок кода, который выполняет программу с определенными входными параметрами и проверяет, соответствует ли поведение программы ожидаемому.

Модульные тесты проверяют функционирование отдельных функций или методов класса, в то время как функциональные тесты проверяют специфичное поведение всей программы, а интеграционные тесты проверяют большие части системы или всю систему в целом.

8. Метод «Плюшевый мишка» (или отладка «Резиновая уточка»)

Если верить легендам программирования Брайану Кернигану и Робу Пайку (Brain Kernighan и Rob Pike), отладка по типу «Резиновая уточка» возникла в университетском компьютерном центре, где студенты должны были садиться напротив плюшевого мишки и объяснять ему их ошибки, прежде чем обращаться за помощью к живому человеку.

Этот метод отладки оказался настолько эффективным, что быстро распространился во всем мире разработки программного обеспечения, и также как простой оператор печати, продолжает существовать по сей день, несмотря на то, что есть, казалось бы, более сложные инструменты. Практически все может заменить плюшевого мишку: резиновые уточки, как терпеливые слушатели, тоже пользуются спросом.

Важной частью этого метода является то, что нужно объяснять код и проблему вслух в простых и понятных терминах. Есть подобная методика, которая также полезна – вести журнал программирования, в который нужно записывать мысли о коде до и после его реализации.

9. Пишите комментарии к коду

Комментарии должны объяснять цель кода на низком уровне. Должна существовать возможность легко ответить на вопросы о том, что строка кода делает и как она это делает, прочитав сам код. Это достигается путем написания читаемого кода, который разработан настолько просто, насколько это возможно, и использует осмысленные имена для функций и переменных.

Комментарии к коду должны заполнять пробелы информации в максимально возможной степени, отвечая на такие вопросы, как: почему используется конкретная реализация, или как данный участок кода взаимодействует с остальной частью программы.

Написание хороших комментариев – это отличная практика разработки программного обеспечения даже в свободном от ошибок коде, но когда ошибки появляются, комментарии помогут сэкономить массу времени, затрачиваемого на понимание кода, написанного несколько дней, недель или даже месяцев назад.

10. Пишите документацию

В то время как комментарии описывают код на низком уровне, с точки зрения программиста, программная документация описывает функционирование всей системы в доступной для пользователей форме. В зависимости от типа разрабатываемого программного обеспечения, документация может описывать интерфейсы программирования, графические интерфейсы или рабочие процессы.

Написание документации демонстрирует понимание программной системы, и часто указывает на те части системы, которые не до конца понятны и являются вероятным источником ошибок.

На пути к мастерству: избавляемся от ошибок

Программирование – это, прежде всего, искусство. И также как для любого другого вида искусства, путь к мастерству в нем вымощен трудолюбием и стремлением учиться. Работа по изучению программирования никогда не заканчивается. Всегда есть что-то новое для изучения и новые способы по улучшению.

Какими из этих 10 средств отладки вы пользуетесь сейчас? Какими вы могли бы начать пользоваться с сегодняшнего дня? Какие из этих инструментов требуют времени на практику и освоения новых навыков?

Программисты пользуются преимуществом, которым только некоторые другие мастера могут когда-либо воспользоваться: самые лучшие инструменты и знания о программировании свободно и бесплатно доступны для всех, кто заинтересован в этом вопросе. Вы можете стать профи в отладке кода: все, что вы должны сделать для этого – просто взять инструменты по отладке и приступить к работе.

Любая программа или онлайн-сервисы, например, Word, Microsoft Windows, WhatsApp или же браузер, которые ежедневно запускают сотни миллионов человек, так или иначе, состоят из особых инструкций. Или специального программного кода, который понятен машине, говорит, что ей делать или, наоборот, не делать. Или как правильно реагировать на действия пользователя. Что такое программный код, будет разобрано в этой статье.

Описание

Программный код программы — это текст, выполненный на особом языке, понятном машине. Он может выполняться непосредственно по тексту с помощью интерпретатора или транслироваться в особый вид с помощью компилятора.

Исходный код программы может состоять из нескольких файлов. При этом все они должны быть одинакового формата. Текст программы, содержащейся в них, должен быть написан на одном и том же языке. Правда, могут встречаться и исключения. Например, в веб-разработке в файле страницы могут содержаться несколько различных языков программирования и стандартов. В зависимости от сложности проекта, могут присутствовать такие языки и технологии, как PHP, HTML, JavaScript, Java и другие.

Сложные программные комплексы при сборке могут потребовать большого количества файлов, которое может исчисляться целыми сотнями. Для совместной работы над такими большими проектами программисты очень часто используют системы контроля версий. Они позволяют одновременно работать с несколькими экземплярами исходного кода, который на определённом этапе разработки можно соединить в один общий.

Качество кода

Компьютер не способен понять, как написан код для него, плохо или хорошо. Если он будет работоспособен и не содержит ошибок, то машина запустит его в любом случае. Плохой код может усложнить задачи сопровождения программного обеспечения. Особенно актуально это для больших проектов. Обычно качественный код характеризуется несколькими параметрами:

Вредоносный программный код

Помимо полезных программ, существуют такие, которые могут нанести вред системе или даже оборудованию. Как правило, пишется такой код людьми, которые заинтересованы в какой-либо выгоде от происходящего процесса. Например, программы, которые могут похищать личные данные с компьютеров пользователей. Ими могут быть номера платёжных карт, паспортные данные, или какая-либо другая конфиденциальная информация. Другие могут просто оказывать влияние на работу системы, тем самым вызывая сбои и мешая полноценной функциональности.

Рекомендации по написанию хорошего кода

В частности, он предлагает всегда комментировать свой программный код. Что такое комментарий? Это понятное и краткое описание того, что происходит в данной строке кода или функции. Дело в том, что разработка определённой программы может затянуться на месяц или вообще приостановиться на некоторое время. Вернувшись к работе над проектом через пару месяцев, даже опытному программисту будет сложно разобраться в своей же программе. Но подробные комментарии смогут восстановить цепочку событий и поведение кода.

Далее он рекомендует использовать в программе глобальные переменные как можно чаще. Это объясняется тем, что при изменении программного кода, придётся корректировать значение переменной всего лишь в одном месте. При этом все использующие значение функции или процедуры сразу об этом узнают и будут производить операции уже с новыми данными.

Имена переменных и выявление ошибок

Правильное название переменных также поможет значительно сократить время на изучение исходного кода программы, даже если код написан собственными руками. То есть хорошим кодом считается такой текст, где переменные и функции имеют имена, по которым можно понять, что именно они делают или хранят. При этом нужно стараться не использовать длинных имён переменных.

Очень важно уделять большое внимание своевременному устранению ошибок. Что такое программный код, который исполняется идеально? Это код, в котором нет ошибок. То есть любое ветвление цикла или изменение переменной, или вовсе какие-либо непредвиденные действия пользователя, всегда приведут к ожидаемому результату. Это достигается за счёт тестирования готового программного продукта по несколько раз.

Выявление ошибок программного кода, а точнее, их предугадывание возможно на этапе проектирования программы. Присутствие в коде различных проверок условий и возможных исключений, поможет вести управление программой по определённому курсу.

Оптимизация имеет колоссальное значение для написания работоспособной программы, которая будет экономно использовать ресурсы компьютера и при этом не допускать ошибок выполнения программного кода. Что такое оптимизированная программа? Это продукт, который способен выполнять весь заявленный функционал, ведя себя при этом «тихо» и экономно.

Практически всегда оптимизации для стабильной работы программы можно добиться только в результате проведения нескольких тестов на разных платформах и в различных условиях. Если программа начинает вести себя непредсказуемо, нужно определить, что стало причиной и по возможности устранить или перехватить процесс.

Заключение