отладить программу что значит
Отладка программы
Отла́дка — этап разработки компьютерной программы, на котором обнаруживают, локализуют и устраняют ошибки. Чтобы понять, где возникла ошибка, приходится :
Существуют две взаимодополняющие технологии отладки.
Содержание
Место отладки в цикле разработки программы
Типичный цикл разработки, за время жизни программы многократно повторяющийся, выглядит примерно так:
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:
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:
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:
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 кнопку с зеленой стрелкой 
на панели инструментов (или клавишу 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.
Следующие шаги
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.
Принципы отладки для начинающих
Независимо от обстоятельств код, создаваемый разработчиками программного обеспечения, далеко не всегда работает так, как задумано. В некоторых случаях все идет совершенно не по плану! В подобных ситуациях необходимо выяснить, почему так происходит. При этом вместо многочасового изучения кода в поисках ошибок гораздо проще и эффективнее будет использовать средство отладки (отладчик).
К сожалению, отладчик не является той волшебной палочкой, по мановению которой будут выявлены абсолютно все проблемы в коде. Процесс отладки подразумевает пошаговое выполнение кода в средстве отладки (например, в Visual Studio) в поисках точки, в которой вы допустили ошибку при написании программы. Таким образом, вы получите возможность проанализировать код и внести в него необходимые исправления. При этом средства отладки часто допускают внесение временных изменений, благодаря чему вы можете продолжать выполнение программы.
Эффективное использование отладчика также требует определенных навыков, которые вырабатываются только с практикой, однако умение работать с ним является основополагающим требованием к любому разработчику программного обеспечения. В этой статье мы познакомим вас с основными принципами отладки и поделимся рекомендациями о том, с чего можно начать.
Проанализируйте проблему, задавая себе правильные вопросы
Это поможет вам выяснить, в чем состоит проблема, прежде чем приступать к ее решению. Мы полагаем, что вы уже сталкивались с проблемами в коде, иначе вряд ли читали бы сейчас эту статью в поисках советов по его отладке! Итак, прежде чем начать отладку, проанализируйте проблему, которую вы пытаетесь решить:
Что именно должен был выполнить код?
Что произошло вместо этого?
Если во время выполнения приложения вы столкнулись с ошибкой или исключением, это может быть хорошим признаком! Исключение возникает в том случае, если при выполнении кода происходит непредвиденное событие (как правило, это ошибка какого-либо рода). С помощью средства отладки вы можете перейти точно к тому месту в коде, где возникло исключение, и исследовать возможные способы исправления ситуации.
Если произошло что-то еще, каковы признаки проблемы? Есть ли у вас предположения относительно того, в каком месте кода возникла проблема? Например, если код должен выводить какой-то текст, но при этом текст содержит ошибки, вы можете сделать вывод, что в этом случае используются неверные данные или код вывода текста содержит ошибки другого рода. При пошаговом выполнении кода в отладчике вы можете изучить каждое изменение переменных и точно определить, когда и каким образом были присвоены неверные значения.
Проверьте свои предположения
Прежде чем исследовать причины возникновения ошибки, проверьте предположения, на основании которых вы ожидаете тот или иной результат. Скрытые или неизвестные предположения могут помешать выявлению проблемы, даже если вы изучаете непосредственно место ее возникновения в отладчике. Перечень возможных предположений может быть достаточно большим. Чтобы проверить их, задайте себе несколько вопросов.
Используете ли вы нужный API (то есть соответствующие объект, функцию, метод или свойство)? Возможно, используемый вами API работает не так, как вы ожидаете. (После проверки вызова API в отладчике для исправления проблемы и выявления нужного API вам может потребоваться обратиться к документации.)
Правильно ли вы используете API? Даже если вы выбрали нужный API, он может использоваться неправильно.
Нет ли в вашем коде опечаток? Некоторые опечатки, например ошибки в написании имени переменной, могут быть незаметными, особенно при работе с языками, в которых не требуется объявление переменных перед их использованием.
Вносили ли вы изменения в код и могут ли они быть связаны с возникшей проблемой?
Должны ли объект или переменная содержать определенное значение (или определенный тип значения) и соответствует ли это действительности?
Известно ли назначение кода? Как правило, отладка кода, написанного другим разработчиком, дается гораздо сложнее. Если это не ваш код, возможно, для его эффективной отладки вам потребуется изучить, что он делает.
При написании кода старайтесь начинать с небольших и гарантированно работающих фрагментов! (В этом вам может помочь хороший пример кода.) В некоторых случаях для исправления большого сложного фрагмента кода можно начать с маленького сегмента, демонстрирующего основную задачу, которую требуется выполнить. Затем вы можете последовательно изменять или добавлять код в поисках точки возникновения ошибки.
Анализируя собственные предположения, вы можете сократить время, необходимое на поиск проблем в коде. Кроме того, вы можете ускорить решение самих проблем.
Используйте режим пошагового выполнения во время отладки для поиска места возникновения проблемы.
Очевидно, что ошибки и неверные результаты можно увидеть только после выполнения кода приложения. Кроме того, работа программы может завершиться неожиданно без каких-либо сообщений.
При выполнении приложения в отладчике (в так называемом режиме отладки) осуществляется активный мониторинг всего, что происходит во время работы программы. Кроме того, вы можете в любой точке приостановить работу приложения, исследовать его состояние и при необходимости перейти в режим пошагового выполнения, чтобы изучить необходимые строки кода более детально.
Чтобы перейти в режим отладки в Visual Studio, необходимо нажать клавишу F5 (также вы можете выбрать пункт меню Отладка > Начать отладку или нажать кнопку Начать отладку в панели инструментов «Отладка»). Если возникает исключение, помощник по исправлению ошибок Visual Studio направит вас к точке его появления и предоставит другую необходимую информацию. См. дополнительные сведения об обработке исключений в коде в разделе Приемы и инструменты отладки.
Если исключение не возникает, возможно, вам следует проанализировать определенные места в коде, которые могут являться источником проблемы. На этом этапе следует использовать точки останова в отладчике, благодаря которым вы сможете исследовать код более внимательно. Точки останова — это один из самых простых и важных компонентов надежной отладки. Точка останова указывает, где Visual Studio следует приостановить выполнение кода, чтобы вы могли проверить значения переменных, поведение памяти или последовательность выполнения кода.
Чтобы задать точку останова в Visual Studio, достаточно щелкнуть в левом поле рядом с интересующей вас строкой кода. Также для этого можно поместить указатель мыши в нужную строку и нажать клавишу F9.
Чтобы продемонстрировать это, мы рассмотрим пример кода, который уже содержит несколько ошибок. В этом случае мы используем C#, однако функции отладки также работают для Visual Basic, C++, JavaScript, Python и других поддерживаемых языков. Также предоставлен пример кода для Visual Basic, но снимки экрана приведены для C#.
Создание образца приложения с ошибками
Сейчас мы создадим приложение, которое содержит некоторые ошибки.
Установите Visual Studio бесплатно со страницы скачиваемых материалов Visual Studio, если еще не сделали этого.
Запустите Visual Studio.
Visual Studio создаст консольный проект и откроет его в обозревателе решений (правая область).
Откройте файл Program.cs (или Program.vb) и замените все его содержимое по умолчанию следующим кодом. (Сначала выберите вкладку для нужного языка: C# или Visual Basic.)
Этот код выводит список, содержащий название галактики, расстояние до нее, а также тип галактики. При отладке важно учитывать предназначение кода. Ниже показан формат одной строки списка, который должен выводить код.
название галактики, расстояние, тип галактики.
Запуск приложения
Нажмите клавишу F5 или кнопку Начать отладку на панели инструментов «Отладка», которая расположена над редактором кода.
По результатам запуска приложения отладчик не демонстрирует никаких исключений. Тем не менее данные, выводимые в окно консоли, не соответствуют ожиданиям. Вот, что мы должны были увидеть.
Вместо этого выводятся следующие данные.
Проанализировав выходные данные и код, мы можем сделать вывод, что в классе GType содержится тип галактики. Нам необходимо выводить на экран тип галактики (например, Spiral), а не название класса.
Отладка приложения
В месте установки точки останова в левом поле появится красный круг.
Поскольку возникшая проблема связана с выходными данными, необходимо начать отладку с проверки кода, который выполняется перед установкой выходных данных.
Нажмите кнопку Перезапустить 
на панели инструментов отладки (CTRL + SHIFT + F5).
Выполнение приложения приостановится в заданной точке останова. Место приостановки отладчика будет выделено желтым цветом (при этом желтая строка кода на этот момент не выполнена).
Изначально вы ожидаете, что в окно консоли будет выведено именно значение Spiral. Таким образом, вам следует проверить это значение в коде во время выполнения приложения. В этом сценарии мы используем неправильный API. Посмотрим, сможем ли мы исправить проблему во время выполнения кода в отладчике.
Чтобы выполнить отладку примера кода Visual Basic, пропустите несколько следующих шагов до инструкции, по которой нужно щелкнуть Перезапустить .
Измените предшествующий код на следующий.
Нажмите кнопку Перезапустить на панели инструментов отладки (CTRL + SHIFT + F5), чтобы выполнить повторную компиляцию кода и снова запустить его.
Удалите точку останова, щелкнув ее кружок в левом поле (также для этого можно выбрать команду Точка останова > Удалить точку останова). После этого нажмите клавишу F5 для продолжения.
Приложение запускается и отображает выходные данные. Теперь все работает правильно, однако вы можете заметить еще одну неточность. Для галактики Small Magellanic Cloud, которая имеет тип Irregular, в консоли не выводится никакой тип.
Установите точку останова в этой строке кода перед инструкцией switch (перед инструкцией Select в Visual Basic).
Здесь задается тип галактики, поэтому нам необходимо изучить эту строку более пристально.
Нажмите кнопку Перезапустить на панели инструментов отладки (CTRL + SHIFT + F5) для перезапуска.
Отладчик приостановит работу в строке кода, где вы задали точку останова.
Нажмите клавишу F11 (выберите Отладка > Шаг с заходом или нажмите кнопку Шаг с заходом в панели инструментов «Отладка»).
При нажатии клавиши F11 отладчик переходит на одну инструкцию вперед и выполняет соответствующий код. Клавиша F10 (Шаг с обходом) имеет схожую функцию и также полезна при работе с отладчиком.
Нажимайте клавишу F11 до тех пор, пока вы не остановитесь в строке кода с инструкцией switch для значения «I» (инструкция Select для Visual Basic). Здесь вы увидите очевидную ошибку, связанную с опечаткой. Вы ожидали, что код будет выполнен дальше до места, где для MyGType задается тип галактики Irregular, однако вместо этого отладчик полностью пропускает этот код и приостанавливает работу в разделе default инструкции switch (инструкция Else для Visual Basic).
Удалите точку останова и нажмите кнопку Перезапустить, чтобы запустить приложение снова.
Теперь все ошибки исправлены и приложение выдает ожидаемые результаты.
Нажмите любую клавишу, чтобы завершить работу приложения.
Сводка
Если вы сталкиваетесь с проблемой, воспользуйтесь отладчиком и командами пошагового выполнения, такими как F10 и F11, для поиска области кода, в которой возникают ошибки.
Если выявить проблемную область кода не удается, задайте точку останова в коде, который выполняется перед возникновением ошибки, после чего используйте команды пошагового выполнения, пока проблема не проявится. Также вы можете использовать точки трассировки для вывода сообщений в окно вывода. Анализируя сообщения, которые выводятся в окно или отсутствуют в нем, нередко можно изолировать область кода, где возникает проблема. Для дальнейшего сужения области поиска этот процесс может потребоваться повторить несколько раз.
Выявив проблемную область кода, используйте отладчик для ее детального анализа. Чтобы определить причину возникновения проблемы, проверьте код во время выполнения приложения в отладчике.
Проверьте переменные и убедитесь, что они содержат значения того типа, который вы ожидаете. Если переменная содержит недопустимое значение, найдите, где оно было задано. Для этого может потребоваться перезапустить отладчик, проверить стек вызовов или выполнить одновременно оба этих действия.
Проверьте, выполняет ли ваше приложение код, который вы ожидаете. (Так, в примере приложения должна была выполняться инструкция switch, устанавливающая тип галактики Irregular, однако нужный код был пропущен из-за опечатки.)
Отладчик представляет собой эффективное средства для выявления ошибок. Средство отладки может искать ошибки вместо вас в том случае, если ему известно предназначение кода. Для этого вы должны указать предназначение. Этого можно добиться с помощью модульных тестов.
Следующие шаги
Из этой статьи вы узнали общие принципы отладки приложений. Теперь вы можете приступить к изучению других возможностей отладчика.
Урок №26. Отладка программ: степпинг и точки останова
Обновл. 21 Июл 2021 |
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:
К счастью, компилятор ловит подобные ошибки и сообщает о них в виде предупреждений или ошибок.
Семантическая ошибка возникает, когда код является синтаксически правильным, но делает не то, что задумал программист.
Иногда это может привести к сбою в программе, например, если делить на ноль:
Иногда это может привести к неверным результатам:
Либо делать вообще не то, что нужно:
К сожалению, компилятор не ловит подобные ошибки, так как он проверяет только то, что вы написали, а не то, что вы хотели этим сделать.
В примерах, приведенных выше, ошибки довольно легко обнаружить. Но в большинстве программ (в которых больше 40 строк кода), семантические ошибки увидеть с помощью простого просмотра кода будет не так-то и легко.
И здесь нам на помощь приходит отладчик.
Отладчик
Отладчик (или «дебаггер», от англ. «debugger») — это компьютерная программа, которая позволяет программисту контролировать выполнение кода. Например, программист может использовать отладчик для выполнения программы пошагово, последовательно изучая значения переменных в программе.
Старые дебаггеры, такие как GDB, имели интерфейс командной строки, где программисту приходилось вводить специальные команды для старта работы. Современные дебаггеры имеют графический интерфейс, что значительно упрощает работу с ними. Сейчас почти все современные IDE имеют встроенные отладчики. То есть, вы можете использовать одну среду разработки как для написания кода, так и для его отладки (вместо постоянного переключения между разными программами).
Базовый функционал у всех отладчиков один и тот же. Отличаются они, как правило, тем, как этот функционал и доступ к нему организованы, горячими клавишами и дополнительными возможностями.
Примечание: Перед тем как продолжить, убедитесь, что вы находитесь в режиме конфигурации «Debug». Все скриншоты данного урока выполнены в Visual Studio 2019.
Степпинг
Степпинг (англ. «stepping») — это возможность отладчика выполнять код пошагово (строка за строкой). Есть три команды степпинга:
Команда «Шаг с заходом»
Команда «Шаг с обходом»
Команда «Шаг с выходом»
Мы сейчас рассмотрим каждую из этих команд в индивидуальном порядке.
Команда «Шаг с заходом»
Команда «Шаг с заходом» (англ. «Step into») выполняет следующую строку кода. Если этой строкой является вызов функции, то «Шаг с заходом» открывает функцию и выполнение переносится в начало этой функции.
Давайте рассмотрим очень простую программу:
Как вы уже знаете, при запуске программы выполнение начинается с вызова главной функции main(). Так как мы хотим выполнить отладку внутри функции main(), то давайте начнем с использования команды «Шаг с заходом».
В Visual Studio, перейдите в меню «Отладка» > «Шаг с заходом» (либо нажмите F11 ):
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 еще 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» еще раз — стрелка переместится на следующую строку:
Это значит, что следующей строкой, которая будет выполняться, — будет вызов функции printValue(). Выберите «Шаг с заходом» еще раз. Поскольку printValue() — это вызов функции, то мы переместимся в начало функции printValue():
Теперь выберите «Шаг с обходом» (F10). Вы увидите число 5 в консольном окне.
Выберите «Шаг с заходом» еще раз для выполнения закрывающей фигурной скобки printValue(). Функция printValue() завершит свое выполнение и стрелка переместиться в функцию main(). Обратите внимание, в main() стрелка снова будет указывать на вызов printValue():
Может показаться, будто отладчик намеревается еще 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 строки 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 следующую программу: