13.2. Порядок и способы отладки и тестирования программ

Работа по программированию начинается с того, что программист, используя тот или иной текстовой редактор, записывает текст программы, который как и любой другой электронный документ сохраняется в виде файла.

Однако, как уже отмечалось, написание программы еще не означает, что она работает правильно. Программы проверяются с использованием методов доказательства правильности программ. При этом различают понятия отладка и тестирование программы.

Отладка программы – это процесс поиска и устранения неисправностей (ошибок) в программе, производимый по результатам её прогона на компьютере.

Тестирование (англ. test – испытание) – это испытание, проверка правильности работы программы в целом либо её составных частей.

Отладка и тестирование – это два четко различимых и непохожих друг на друга этапа:

• при отладке происходит локализация и устранение синтаксических ошибок и явных ошибок кодирования;

• в процессе же тестирования проверяется работоспособность программы, не содержащей явных ошибок.

Тестирование программ является одним из самых длительных и ответственных этапов разработки.

Процесс разработки программного обеспечения предполагает три стадии тестирования: автономное, комплексное и системное, каждая из которых соответствует завершению соответствующей части системы.

При тестировании самыми важными являются два вопроса: в каком порядке тестировать модули и как готовить и задавать тестовые данные.

Отладка программы в любом случае предполагает обдумывание и логическое осмысление всей имеющейся информации об ошибке. Большинство ошибок можно обнаружить по косвенным признакам посредством тщательного анализа текстов программ и результатов тестирования без получения дополнительной информации. При этом используют различные методы:

• ручной отладки;

• индукции;

• дедукции;

• обратного прослеживания.

Метод ручной отладки – самый простой и естественный способ отладки. Человеку свойственно ошибаться – при наборе текста программы он может допустить опечатки, что–то упустить и т. д. Поэтому, прежде всего, необходимо обнаружить ошибки в программе именно такие – очевидные и грубые. Сначала надо попробовать это сделать путем обычного внимательного просмотра текста. Текст программы просматривается на предмет обнаружения описок и расхождений с алгоритмом. Нужно просмотреть организацию всех циклов, чтобы убедиться в правильности операторов, задающих кратности циклов. Полезно посмотреть еще раз условия в условных операторах, аргументы в обращениях к подпрограммам и т. п.

Отладка программ сегодня производится в основном с использованием специализированных программных пакетов на ЭВМ, но прежде чем «нагружать» ее этой работой можно проверку программы осуществить и в «ручном режиме», что всегда полезно как первый этап отладки программы перед дальнейшей ее отладкой на ЭВМ. В этом случае нужно представить, что Вы – машина, и, начав с первого оператора программы, выполнять оператор за оператором до обнаружения ошибки. Эту работу нужно вести методично и терпеливо, стремясь не делать правдоподобных догадок и не перескакивая через несколько операторов.

Чтобы имитировать работу программы, необходимо хорошо понимать, как работает микропроцессорная система и как выполняются отдельные команды. Для имитации работы микропроцессора по выполнению программы нужно иметь: программу; переменные с их текущими значениями. При этом роль памяти микропроцессора будет играть лист бумаги, на котором в отведенных местах записывается вся модифицируемая информация.

При выполнении программы на листе бумаги указывают имя той переменной, которая впервые встретилась при реализации очередной команды, и ее значение. Если оно изменяется, то старое значение зачеркивают, рядом пишут новое. Выполняя программу вручную, нужно забыть ее «цель» и формально реализовывать команду за командой. При поиске ошибки в программе, выполняя ее на листе, необходимо переключаться из состояния «робота» в состояние человека, обладающего интеллектом. Сначала Вы – «робот» и выполняете команду точно так, как это делает микропроцессор, потом опять становитесь человеком и спрашиваете: «Тот ли получен результат, которого я ожидал?» Если да, то продолжаете выполнение программы. Если нет, решаете, почему программа работает неправильно.

Отладка программ на ЭВМ позволяет уйти от рутинной работы и исключить «человеческие» ошибки, связанные, например, с тем, что Вы неправильно интерпретируете действие той или иной команды.

После этого можно перейти к процедуре трансляции программы. Если в программе остались синтаксические ошибки, то на этом этапе они выявляются полностью. Однако имейте в виду очевидное: отсутствие сообщений машины о синтаксических ошибках является необходимым, но не достаточным условием, чтобы считать программу правильной. Многие ошибки транслятору выявить невозможно, так как транслятору неизвестны замыслы программиста. Существует множество ошибок, которые транслятор выявить не в состоянии, если используемые в программе операторы сформированы (записаны) верно. Такие ошибки Вы обнаружите уже позже в процессе тестирования.

Метод очень эффективен, но не применим для больших программ, программ со сложными вычислениями и в тех случаях, когда ошибка связана с неверным представлением программиста о выполнении некоторых операций.

Данный метод часто используют как составную часть других методов отладки.

Метод индукции. Метод основан на тщательном анализе симптомов ошибки, которые могут проявляться как неверные результаты вычислений или как сообщение об ошибке. Если компьютер просто «зависает», то фрагмент проявления ошибки вычисляют, исходя из последних полученных результатов и действий пользователя. Полученную таким образом информацию организуют и тщательно изучают, просматривая соответствующий фрагмент программы. В результате этих действий выдвигают гипотезы об ошибках, каждую из которых проверяют. Если гипотеза верна, то детализируют информацию об ошибке, иначе – выдвигают другую гипотезу.

Последовательность выполнения отладки методом индукции показана на рис. 10.3 в виде схемы алгоритма.

Самый ответственный этап – выявление симптомов ошибки. Организуя данные об ошибке, целесообразно записать все, что известно о ее проявлениях, причем фиксируют, как ситуации, в которых фрагмент с ошибкой выполняется нормально, так и ситуации, в которых ошибка проявляется. Если в результате изучения данных никаких гипотез не появляется, то необходима дополнительная информация об ошибке. Дополнительную информацию можно получить, например, в результате выполнения схожих тестов.

В процессе доказательства пытаются выяснить, все ли проявления ошибки объясняет данная гипотеза, если не все, то либо гипотеза не верна, либо ошибок несколько.

Рис. Схема процесса отладки методом индукции

Метод дедукции. По методу дедукции вначале формируют множество причин, которые могли бы вызвать данное проявление ошибки. Затем анализируя причины, исключают те, которые противоречат имеющимся данным. Если все причины исключены, то следует выполнить дополнительное тестирование исследуемого фрагмента. В противном случае наиболее вероятную гипотезу пытаются доказать. Если гипотеза объясняет полученные признаки ошибки, то ошибка найдена, иначе – проверяют следующую причину (рис. 10.4).

Метод обратного прослеживания. Для небольших программ эффективно применение метода обратного прослеживания. Начинают с точки вывода неправильного результата. Для этой точки строится гипотеза о значениях основных переменных, которые могли бы привести к получению имеющегося результата. Далее, исходя из этой гипотезы, делают предложения о значениях переменных в предыдущей точке. Процесс продолжают, пока не обнаружат причину ошибки.

Рис. Схема процесса отладки методом дедукции