Базовые средства матпакета Scilab

1.5.5. Средства отладки sce-файлов

Понятие отладки программ

Отладка программ – это процесс выявления места расположения ошибок и нахождения их причины. В Scilab для этого предусмотрено множество вспомогательных средств [13]. Рассмотрим некоторые средства отладки Редактора sce-файлов.

Одним из таких средств является возможность отображать разными цветами элементы sce-файлов (переменные, операции, константы, операторы, ключевые слова языка программирования, комментарии и

т.д.), а также,в соответствии с правилами технологии структурного и процедурного программирования, имеется возможность выравнивания строк программного кода sce-файлов в зависимости от используемых ключевых слов и управляющих конструкций. Одновременно с этими действиями

Редактор может автоматически выполнить синтаксический контроль

программного кода и сигнализировать об этом различными сообщениями и действиями.

Обратите внимание, что семантические (смысловые) ошибки решаемой задачи система отладки Scilab идентифицировать не может!

Простейшие программы обычно не нуждаются в использовании специальных инструментов отладки. Корректного выполнения программного кода sce-файла, как правило, можно достичь после нескольких запусков sce-файла с использованием контрольных (тестовых) входных данных. Можно также задать просмотр результатов промежуточных вычислений, удалив в программном коде символы точки с запятой (;), которыми завершаются инструкции, либо ввести дополнительные переменные для отображения хода вычислений, а после проверки вернуть программный код sce-файлов его исходному виду.

Если ошибка возникает в процессе выполнения программного кода, Scilab пытается ее идентифицировать самостоятельно, а затем отображает в Командном окне сообщение, описывающее приблизительный характер ошибки и номер строки кода, в которой она обнаружена. Если щелкнуть мышью на подчеркнутом фрагменте данного сообщения, то соответствующий sce-файл раскроется в окне Редактора, и курсор будет указывать на строку с ошибкой.

Однако Отладчик не всегда правильно отражает реально происходящие процессы. Если вы имеете дело со сложным программным кодом, то простыми приемами проверки не обойтись. В этом случае полезно воспользоваться специальными инструментами отладки.

182

Одним из эффективных средств отладки является размещение в тексте программного кода так называемых Точек останова (Breakpoint), что позволяет проводить пошаговое выполнение программного кода, при котором имеется возможность просмотреть содержимое различных Рабочих областей(то есть получить значения всех переменных, используемых в функциях). Такая отладка может быть выполнена в Scilabc помощью функции debug и ее команд отладки в Командном окне.

Обычная последовательность действий при отладке программы заключается в следующем:

1)Подготовка к отладке.

2)Установка (отключение) точек останова.

3)Запуск sce-файла и анализ результатов его выполнения.

4)Изменение программного кода sce-файла.

5)Устранение проблем и завершение отладки.

Рассмотрим вышеперечисленные действия более подробно.

Отладка сценариев в среде в Scilab debug

Для отладки сценариев используется функция debug. Этот режим позволяет управлять точками останова, запуском выполнения с остановкой на ошибке, выполнять сценарий по шагам и некоторыми другими действиями.

После ввода команды или функции debug, Scilab переходит в режим отладки с приглашением debug>,и ждет ввода одной из следующих команд:

(h)help–получение справки отладчика;

(q)quit – окончание режима отладки и возврат к обычному режиму

Scilab;

(w) where или bt – показ содержимого стека вызовов;

(e)exec или (r)run – запускает на выполнение;

(d) disp Переменная, или(p) print Переменная – вывод на экран

значение Переменной;

(c) continue–продолжение выполнения;

(a) abort–прерывание выполнения;

step(n) next или next – продолжение выполнения до следующего

выражения;

step (i) in или in– продолжение выполнения следующего

выражения во вложенной функции;

step (o) out или out–продолжение выполнения следующего

выражения в вызывающей функции;

(b) breakpointnlили breaknl– остановка функции на строке n и по

условию l, добавление точки останова в функцию на строке n, причем если указано условиеl, точка останова добавляется только в том случае, если условием является %t;

183

(del) delete n – удаление всех точек останова, или если указано

значение n, то удаляется точка останова с номером n;

enable n – включение всех точек останова, или если указано n,

включает точку останова с номером n;

disable n – отключение всех точек останова, или если указано n,

отключение точки останова с номером n;

(s) show n – показ всей информации о точках останова, или если

задано значение n, показ точки останова с номером n.

Рассмотрим несколько примеров (рис. 1.5.5-1).

--> // Загрузка сценария РИС15501 и выполнение функции debug

--> -->clear

-->exec('РИС15501.sce', 0); --> // Начало отладки

debug

break test_debug exectest_debug where

stepin disp val continue quit

function v=compute(val) v = 1;

for i =1:val

v = v * i;

end endfunction

debug

break compute 4 "i == 5" exec compute(10)

disp val disp i disp v

184

continue quit

Рис. 1.5.5-1 Пример протокола отладки

1.5.6. Хранение данных и функций в библиотеках

Файловая система

В Scilab реализованы средства для работы с различными типами файлов, но чаще всего текстовые файлы сохраняются с расширениями *.sce, в них можно хранить как сценарии, так и данные в текстовом виде. Если же пользователь решил создать личную библиотеку, например, для хранения созданных им внешних функций, то тексты отлаженных функций необходимо сначала сохранить в файлах с расширением *.sci, а затем средствами Scilab создать библиотеку двоичных файлов.

Файловая система Scilab может cодержать не только текстовые файлы, двоичные библиотечные файлы и системные папки Scilab, но и папки с файлами данных пользователя и папки с программами пользователя. Причем, следует помнить, что с точки зрения значимости системных папок особенное значение для пользователя имеет системная папка Home, в которой содержатся данные для настройки среды пользователя при загрузке системы

Scilab.

Для создания sci-файлов также используется встроенный в Scilab текстовый редактор SciNotes.

Сохранение и восстановление переменных

При решении серьезных задач или задач с большим объемом данных необходимо сохранять данные на диске.

Самый простой способ сохранить значения всех переменных – это сохранить данные области Обозревателя переменных (текущие переменные сессии в двоичном файле с расширением *.sod) [13]. Для этого можно использовать функцию save. При обращении к ней появляется диалоговое окно, вкотором следует указать Путь к файлу и Имя файла. По умолчанию предлагается сохранить файл в Текущей папке, при этом всегда целесообразно файлам давать содержательные имена.

Для восстановления сохраненных ранее данных можно использовать функцию load. При этом следует указать Путь к файлу. После этого восстановленные данные можно использовать во вновь вводимых командах.

Команды сохранения и восстановления переменных рабочей среды, можно вызвать из командной строки:

save(ИмяФайла, 'х1', 'х2',..., 'хп') load(ИмяФайла, 'х1', 'х2',..., 'хп'),

185

где: ИмяФайла–символьная строка, содержащая путь к файлу; х1,х2,...,хп – список сохраняемых или восстанавливаемых

переменных, каждая из которых должна быть заключена в одинарные или двойные кавычки.

Рассмотрим примеры сохранения и загрузки переменных Рабочей среды (рис. 1.5.6-1).

-->// Пример сохранения и загрузки переменных Рабочей среды

-->a = eye(2, 2); b= ones(a); -->save('vals.dat', a, b); -->cleara

-->clearb

-->load('vals.dat', 'a', 'b'); -->

-->// Запись и чтение с использованием двоичного форматаsod

-->

--> a = eye(2, 2); b = ones(a); -->save("val.sod", "a", "b"); -->clearb

-->load("val.sod", "a", "b");

Рис.1.5.6-1 Пример сохранения и загрузки переменных Рабочей среды

Проверить список сохраненных переменных в файле можно с помощью функции listvarinfile, которая имеет следующий формат:

listvarinfile(filename)

[names,typs,dims,vols]=listvarinfile(filename),

где: filename–символьная строка, путь к файлу для проверки;

names– матрица строк, показывающая имена переменных, сохраненных в файле;

dims – матрица, из которого видны размеры переменных, сохраненных в файле;

typs– числовая матрица, показывающая типы переменных, сохраненных в файле;

vols– числовая матрица, которая представляет размер в байтах переменных, сохраненных в файле.

Рассмотрим пример использования функции listvarinfile (рис.1.5.6-2).

-->// Примериспользованияфункцииlistvarinfile

-->

186

--> a = eye(2, 2); b = int16(ones(a)); c = rand(2, 3, 3); -->

--> save(fullfile(TMPDIR, "vals.sod"), 'a', 'b' , 'c')

--> [names, typs, dims, vols] = listvarinfile(fullfile(TMPDIR, "vals.sod")) vols =

32.8.144.

dims(1) 2. 2.

dims(2) 2. 2.

dims(3)

2. 3. 3. typs =

1 8. 1. names =

!a !

!!

!b !

!!

!c !

Рис.1.5.6-2 Пример использования функции listvarinfile

Создание библиотек функций пользователя

Библиотека (library) представляет собой набор функций, объединенных некоторой идеей или по функциональному признаку. В системе Scilab простейшая библиотека содержит только функции, написанные средствами языка Scilab, где каждая функция хранится в отдельном файле. В терминах Scilab такие функции являются макросами [13]. Они не содержит файлов справки и функций на компилируемых языках

(примитивов).

Объединение функций в библиотеку во многих практических ситуациях является весьма удобным средством использования внешних независимых функций при создании локальных приложений. Более сложной организацией внешних откомпилированных функций, написанных, в том числе, на универсальных языках программирования, является модуль. Разработка собственного модуля не представляет трудностей, однако требует более детального знакомства с внутренним устройством пакета Scilab. Кроме того, модули также имеют в своей основе библиотеки, поэтому для создания модулей требуется понимание работы библиотек.

Кпреимуществам библиотеки можно отнести следующее:

библиотека загружается и выгружается целиком, что защищает все функции, входящие в нее.

библиотеки легко обслуживать, так как каждая законченная функция хранится в своем файле.

187

разрабатывать библиотеку может группа разработчиков, так как функции соединяются воедино только на этапе сборки.

функции библиотеки хранятся в откомпилированном виде и, следовательно, выполняются быстрее.

Рассмотрим создание простой библиотеки функций Scilab, а также способы ее автоматической загрузки при запуске пакета.

Предположим, что имеется несколько sci.файлов, написанных средствами Scilab. Причем в каждом файле хранится одна функция, имя которой совпадает с именем sci-файла. Тогда последовательность шагов по

Для создания библиотеки функций следует придерживаться следующих правил:

Файлы, содержащие определения функций, должны иметь расширение *.sci. В одном sci-файле могут быть определены несколько функций Scilab, однако только первая из них считается главной и доступна извне. Иными словами, только первая функция, определенная в файле, считается общедоступной, в то время как остальные неявно полагаются внутренними функциями;

Имя sci-файлов должно совпадать с именем главной функции в этом файле. Например, если имя функции myfun, то файл, содержащий ее, должен иметь название myfun.sci. Это требование является обязательным, в противном случае функция genlib не будет работать корректно.

После создания библиотеки в каталоге появятся новые файлы:

bin-файлы, которые являются скомпилированными версиями

функций в sci-файлах. Из этих файлов и загружаются функции;

файл names – служебный файл, который содержит имена функций библиотеки;

файл с расширением *.lib, который используется сценарием погрузки и фактически является головой библиотеки.

Далее рассмотрим пример создания библиотеки (рис.1.5.6-3). Пусть в каталоге samplelib размещаются два файла.

188

--> // Первый файл библиотеки samplelibсодержит две функции

--> // C:\samplelib/fuction1.sci:

--> functionу = functionl(х) // Перваяфункция >у= 1 * functionl_support(х)

>end -->

--> function у = functionl_support(x) // Втораяфункция

>у = 3 * x

>end

--> // Второй файл содержит одну функцию

--> // C:/samplelib/fuction2.sci: --> function у = function2 (x)

> у = 2 * x >end

Рис. 1.5.6-3 Файлы с функциями, размещенные в каталоге samplelib

Создадим бинарную версию функций, воспользовавшись функцией genlib (рис. 1.5.6-4). Первый аргумент функции genlib представляет название будущей библиотеки, а второй указывает каталог, где размещены файлы функций. Заметим, что в данном случае только функции functionl и function2 являются общедоступными, а функция functionl_support может использоваться только внутри библиотеки, но не вне ее.

Сразу же после вызова genlib, две новых функции становятся доступны окружению Scilab и могут быть вызваны, как показано на рис. 1.5.6-5.

--> // Пример обращения к библиотечным функциям

-->functionl(3) ans =

189

9. -->

-->function2(3) ans =

6.

Рис. 1.5.6-5 Обращение к библиотечным функциям из командного окна Вместе с тем, на практике нет необходимости каждый раз генерировать

библиотеку заново. Созданную ранее библиотеку можно загрузить посредством команды lib, единственный аргумент которой указывает местоположение загружаемой библиотеки в файловой системе. Фрагмент на рис. 1.5.6-6 иллюстрирует загрузку ранее созданной библиотеки.

- --> // Загрузка файлов в библиотеку

--> mylibrary = lib("С:\samplelib\") ans =

--> functions files location: С:\samplelib\. functionl function2

Рис.1.5.6-6 Загрузка файлов в библиотеку с использованием функции lib

Использование стартового сценария

При большом числе загружаемых библиотек, удобно поместить инструкции lib в стартовом сценарии Scilab, который автоматически исполняется при загрузке пакета [13]. В этом случае все указанные в инструкции lib библиотеки будут доступны сразу же после старта Scilab. Файл стартового сценария размещается в основном каталоге Scilab, путь к которому можно узнать, проверив значение переменной SCIHOME (рис. 1.5.6- 7).

--> // Доступ к стартовому сценарию

-->SCIHOME SCIHOME =

C:\Users\51FB~1\AppData\Roaming\Scilab\scilab-6.0.1 --> // Загрузкасозданнойбиблиотеки

--> mylibrary = lib("С:/samplelib/")

Рис. 1.5.6-7 Доступ к стартовому сценарию

Стартовый сценарий имеет имя scilab и является обычным сценарием Scilab (в том числе может содержать комментарии). Для загрузки созданной ранее библиотеки добавим в файл scilab следующие строки:

190