Глава 8. Отладка пролог-программ

На приведенных выше примерах вы уже приобрели опыт применения программ и научились их изменять, а также успели написать и свои собственные программы. Теперь самое время заняться вопросом: что делать, когда программа ведет себя не так, как ожидалось. Подобные неожиданности связаны с наличием ошибок в программе, а процесс устранения этих ошибок называется отладкой. По нашему убеждению самым разумным подходом к программированию является тот, который может быть охарактеризован как «программирование с предупреждением ошибок». Перефразируя старую поговорку, можно сказать, что грамм тщательного программирования стоит килограмма отладки. В этой главе мы расскажем о некоторых методах отладки, но начнем с того, как избежать проникновения ошибок в программы. Сознавая, что в общем виде эта проблема неразрешима, мы хотим просто поделиться некоторыми неформальными приемами, которые уже приносили пользу другим программистам, работающим на Прологе.

Как и всякое творчество, будь то сочинение музыки, литература или архитектура, программирование располагает множеством способов представления объектов и обработки этих объектов и отношений между ними в конкретной программе. В общем случае для некоторого элемента данных в программе существует несколько возможных способов его представления или обработки. Всякий раз, когда программист решает использовать в данной программе один из них, мы говорим, что программист принял проектное решение.

Новички, впервые столкнувшиеся с задачей выбора проектных решений, часто испытывают трудности. Помочь им может знание возможных вариантов решений, и, кроме того, важно, чтобы руководитель разъяснил им методику программирования в целом, поскольку искусство принятия проектных решений в программировании – это самостоятельная дисциплина. Мы уже пытались затронуть эту проблему в разд. 1.1, где обсуждались различные способы интерпретации утверждений. Эти вопросы связаны с представлением объектов и отношений. В разд. 7.7 мы снова столкнулись с этой проблемой при описании трех различных способов упорядочения списка объектов. Эти вопросы связаны с разными способамиобработки объектов и отношений.

В данной книге мы старались оказать помощь в выборе проектных решений двумя путями. Во-первых, наличие в книге большого числа примеров программ должно способствовать усвоению идей некоторых решений, выработанных опытными программистами. Во-вторых, в данной главе можно найти некоторые советы и рекомендации, специфические для Пролога.

8.1. Расположение текстов программ

После того как программист принял решение о том, как представлять и обрабатывать объекты и отношения в программе, ему следует убедиться в том, что текст программы расположен удобно для чтения и ее синтаксические конструкции ясны. Набор утверждений для данного предиката называется процедурой. Возможно, вы уже обратили внимание на то, что в примерах данной книги каждое утверждение в процедуре начинается с новой строки, а между собой процедуры разделяются одной пустой строкой. Например, один из способов определения предиката эквивалентности для множеств (при представлении множеств в виде списков) состоит в использовании трех предикатов, каждый из которых определяется с помощью процедуры из двух строк:

равмнож(Х,Х):-!.

равмнож(Х,Y):- равспис(Х,Y).

равспис([],[]).

равспис([Х|L1],L2):- удалить(Х,L2,LЗ), равспис(L1,LЗ).

удалить(Х,[Х|Y],Y).

удалить(Х,[Y|L1],[Y|L2]):- удалить(Х,L1,L2).

Данный пример, возможно, не является наилучшим определением эквивалентности множеств, однако он показывает, как нужно размещать тексты процедур. Заметим, что утверждения каждой процедуры сгруппированы вместе, а процедуры разделяются пустой строкой. Другое соглашение, которого придерживаются многие программисты на Прологе, - это писать каждое утверждение на отдельной строке, если оно на ней умещается. Если нет, то писать заголовок утверждения и знак ':-' на первой строке, а каждую цель в конъюнкции целей писать с новой строки со сдвигом. Для примера рассмотрим запись программы порождения всех перестановок списка:

перест([],[]).

перест(L,[Н|Т]):-

 присоединить(Y,[Н|U],L),

 присоединить(V,U,W),

 перест(W,T).

В этом определении перестановки элементов списка выполняет предикат присоединить, а механизм возврата при каждой попытке вновь согласовать целевое утверждение перест(Х, Y) обеспечивает порождение из X новой перестановкиY. Следует обратить внимание на способ размещения на странице конъюнктов второго утверждения.

Главное – остановить свой выбор на каком-либо согласованном наборе правил оформления текста программы, а на каком – не так уж важно. Как правило, полезно добавлять комментарии, надлежащим образом группировать термы, в случае сомнений относительно приоритета выполнения операций – использовать круглые скобки, а также разумно распоряжаться пустым пространством (пробелами и пустыми строками). Комментарии должны подсказывать, как следует интерпретировать аргументы структур или утверждений: в каком порядке они поступают и каким структурам данных (константам или структурам) они должны соответствовать. Полезно также указывать в комментариях, как должны конкретизироваться переменные в результате согласования данного утверждения с базой данных.

В плане общей организации программы полезно разделять текст программы на более или менее замкнутые части, например, желательно, чтобы все процедуры обработки списков оказались в одном и том же файле. Процедура Пролога, содержащая более пяти – десяти правил, может оказаться трудной для понимания, поэтому путем определения более мелких предикатов попытайтесь как можно более естественным образом разбить ее на части. Если в программе используется много фактов, таких как правила упрощения из разд. 7.12, то все эти факты должны содержаться в одном файле. Большое количество фактов легче читается, чем большое количество правил, и хотя даже несколько правил могут быть трудны для понимания, многие страницы описания конкретного факта могут не вызвать затруднений, поскольку сама семантика фактов более проста.

Еще один момент, который влияет на легкость чтения Пролог-программ, - это использование точки с запятой («или») и восклицательного знака («отсечение»). С проблемами, связанными с чрезмерно широким использованием «отсечения», мы познакомились в гл. 4. Всегда следует пытаться обойтись без ';', возможно за счет дополнительных утверждений. Например, следующая программа:

nospy(X):-

 проверить(Х,Функтор,ЧисАрг,А), !,

 (контрточка(_,Функтор,А), !,

  (отказ(контрточка(Заголовок, Функтор, ЧисАрг),_),

  устконтрточку(Заголовок, Тело),

  отказ(3аголовок, Тело),

  write('контр.точка с терма'), печтерм(Функтор, ЧисАрг),

  write(' удалена.'),nl,

  fail

   ; true

 )

 ; write('Heт контр.точек на терме'),

  write(X), put(46), nl

),

!.

гораздо труднее для понимания, нежели:

nospy(X):-проверить(Х,Функтор,ЧисАрг,А),!,

попыт_убр(Х,Функтор,ЧисАрг,А).

попыт_убр(_,Функтор, ЧисАрг,А):- контрточка(_,Функтор,А),!,убрконтрточку(Функтор, ЧисАрг, А).

попыт_убр(Х,_,_,_):- write('Heт контр.точек на терме '), write(X), put(46), nl,!.

убрконтрточку(Функтор, ЧисАрг, А):-

 отказ(контрточка(Заголовок,Функтор, ЧисАрг), _), устконтрточку(Заголовок,Тело), отказ(3аголовок, Тело),

 write('Koнтp.точка с терма'), печтерм(Функтор, ЧисАрг), write(' удалена.'), nl, fail.

убрконтрточку (_,_,_).

которая делает в точности то же самое. Если же вам действительно необходимо использовать «или», то полезно так организовать текст конъюнкции целей, чтобы «или» не терялось среди целей. Полезно также заключить соответствующие цели в скобки, чтобы явно выделить область действия этого «или».

На протяжении всей книги подчеркивалась важность умения учитывать при решении многих задач наряду с общим правилом и граничные условия. Всюду, где это возможно, мы старались разместить граничные условия перед всеми другими утверждениями процедуры. Это выделяет граничные условия и, кроме того, служит в какой-то мере защитой от циклических определений. Однако бывают случаи, когда желательно размещать граничные условия после всех утверждений процедуры. Очевидно, что правила-«ловушки», с которыми мы уже сталкивались несколько раз, нужно размещать в конце процедуры.

Разбирая Пролог-процедуру всегда полезно обращать внимание на следующие важнейшие моменты ее записи:

• Проверьте посимвольно, как записано имя каждого предиката и каждой переменной в процедуре. Ошибки в написании имен довольно распространены.

• Проверьте число аргументов каждого функтора, используемого в процедуре. Убедитесь в том, что число аргументов (и порядок их следования) соответствуют вашим проектным решениям.

• Выделите из утверждений все операторы и определите их приоритет, ассоциативность, а также то, где находятся их аргументы. Это можно сделать на основании определений операторов, и исходя из наличия скобок. Если есть сомнения, добавьте дополнительные скобки. Для проверки соответствия действия оператора вашим представлениям попробуйте распечатать некоторые простые термы, используя display.

• Обратите внимание на область определения каждой переменной и выделите в этой области переменные, сходные с ней по имени. Проследите, какие переменные «сцепляются», когда одной из них будет присвоено значение. Проверьте, встречаются ли в теле утверждения переменные из его заголовка.

• Постарайтесь определить, какие переменные конкретизированы, а какие нет в момент перед применением утверждения.

• Выделите утверждения, составляющие граничные условия. Проверьте, учтены ли все возможные граничные условия.

После того как подобным образом процедура будет разобрана «по косточкам», вы поймете ее гораздо лучше.