Типы ошибок при программировании

 vlada_maestro / shutterstock

Пишет о программировании, в свободное время создаёт игры. Мечтает открыть свою студию и выпускать ламповые RPG.

Многим известно слово баг (англ. bug — жук), которым называют ошибки в программах. Однако баг — это не совсем ошибка, а скорее неожиданный результат работы. Также есть и другие термины: ворнинг, исключение, утечка.

В этой статье мы на примере C++ разберём, что же значат все эти слова и как эти проблемы влияют на эффективность программы.

Словом «ошибка» (англ. error) можно описать любую проблему, но чаще всего под ним подразумевают синтаксическую ошибку — некорректно написанный код, который даже не скомпилируется:

//В конце команды забыли поставить точку с запятой (;)
int a = 5

Компилятор тут же скажет, что в коде ошибка и скорее всего не хватает запятой или точки с запятой.

Также существуют ворнинги (англ. warning — предупреждение). Они не являются ошибками, поэтому программа всё равно будет собрана. Вот пример:

int main()
{
   //Мы создаём две переменные, которые просто занимают память и никак не используются
   int a, b;
}

Мы можем попросить компилятор показать нам все предупреждения с помощью флага -Wall:

Предупреждения не являются чем-то критичным, но могут иметь негативные последствия. Например, ваша программа будет использовать больше памяти, чем должна. Так как C++ нужен в том числе и для разработки высоконагруженных систем, этого допускать нельзя.

После восклицательного знака в треугольнике — количество предупреждений

Третий вид ошибок — ошибки сегментации (англ. segmentation fault, сокр. segfault, жарг. сегфолт). Они возникают, если программа пытается записать что-то в ячейку, недоступную для записи. Например:

//Создаём константный массив символов 
const char * s = "Hello World";
//Если мы попытаемся перезаписать значение константы, компилятор выдаст ошибку
//Но с помощью указателей мы можем обойти её, поэтому программа успешно скомпилируется
//Однако во время работы она будет выдавать ошибку сегментации
* (char *) s = 'H';

Вот результат работы такого кода:

Мы выяснили, что баг — это не совсем ошибка, а скорее неожиданное поведение программы или результат такого поведения. Баги могут быть чем-то забавным или неприятным. Например, как в играх:

Но они могут привести и к более серьёзным последствиям. Если неправильно спроектировать работу многопоточного приложения, то потоки будут постоянно опережать друг друга. Например, сообщение об ошибке из одного потока может опоздать на миллисекунду, из-за чего второй поток подумает, что никакой ошибки не было, и продолжит работу.

Если ваш код приводит в действие какое-нибудь потенциально опасное устройство, то ценой такой ошибки может быть чья-нибудь жизнь. Такое случилось с кодом для аппарата лучевой терапии Therac-25 — как минимум два человека умерло и ещё больше пострадали из-за превышения дозы радиации.

Также во время работы программы могут возникать ситуации, которые мешают корректной работе программы. Например, если вы просите пользователя ввести число, а он вводит строку.

Конвертировать введённое значение не всегда возможно, поэтому функция, которая занимается преобразованием, «выбрасывает» исключение (англ. exception). Это специальное сообщение говорит о том, что что-то идёт не так.

Если разработчик не описывает логику работы программы при вы выбрасывании исключения, то программа аварийно закрывается. Подробнее мы рассказали об этом в статье про ввод и конвертацию в C++.

Одно из самых известных исключений — переполнение стека (англ. stack overflow). В честь него даже назвали сайт, на котором программисты ищут помощь в решении своих проблем.

int main()
{
   //Бесконечная рекурсия - одна из причин переполнения стека вызовов
   main();
}

Компилятор C++ при этом может выдать ошибку сегментации, а не сообщение о переполнении стека:

Вот аналогичный код на языке C#:

class Program
{
   static void Main(string[] args)
   {
       Main(args);
   }
}

Однако сообщение в этот раз более конкретное:

В обоих случаях программа завершается, потому что не может дальше корректно работать.

Похожая ситуация — переполнение буфера (англ. buffer overflow). Она происходит, когда записываемое значение больше выделенной области в памяти.

//Пробуем записать в переменную типа int значение, которое превышает лимит
//Константа INT_MAX находится в библиотеке climits
int a = INT_MAX + 1;

Обратите внимание, что мы получили предупреждение об арифметическом переполнении (англ. integer overflow):

Тем не менее программа скомпилировалась. Если же такая ситуация возникнет во время вычислений, то мы можем не получить предупреждения.

Арифметическое переполнение стало причиной одной из самых дорогих аварий, произошедших из-за ошибки в коде. В 1996 году ракета-носитель «Ариан-5» взорвалась на 40-й секунде полёта — потери оценивают в 360–500 миллионов долларов.

К сожалению, вручную всё это заметить и исправить не получится. Однако существуют различные инструменты и технологии, которые могут помочь.

Один из таких инструментов — отладчик. Он помогает контролировать ход работы программы, чтобы отслеживать разные показатели.

Второй, более эффективный метод — unit-тесты. Они представляют из себя набор описанных ситуаций для каждого компонента программы с указанием ожидаемого поведения.

Например, у вас есть функция sum (int a, int b), которая возвращает сумму двух чисел. Вы можете написать unit-тесты, чтобы проверять следующие ситуации:

Входные данные	Ожидаемый результат
5, 10	15
99, 99	198
8, -9	-1
-1, -1	-2
fff, 8	IllegalArgumentException

Если какой-то из этих тестов не пройден, вы узнаете об этом и сможете всё исправить. Это намного быстрее, чем проверять всё вручную.

Ошибок существует слишком много. При этом самые опасные тяжелее обнаружить, что только усугубляет ситуацию.

Школа дронов для всех
Учим программировать беспилотники и управлять ими.
Узнать больше

Существует три
основных типа ошибок в программах:

— ошибки этапа
компиляции (или синтаксические ошибки);

— ошибки этапа
выполнения или семантические ошибки);

— логические
ошибки.

Cинтаксические
ошибки происходят из-за нарушений
правил синтаксиса

языка программирования.
Когда компилятор обнаруживает
синтаксическую

ошибку, то отмечает
место (позицию или строку) ошибки и
выводт сообщение

об ошибке.

Наиболее
распространенными синтаксическими
ошибками являются:

— ошибки набора
(опечатки);

— пропущенные
точки с запятой;

— ссылки на
неописанные переменные;

— передача
неверного числа (или типа) параметров
процедуры или

функции;

— присваивание
переменной значений неверного типа.

После исправления
cинтаксической ошибки компиляцию можно
выполнить

заново. После
устранения всех синтаксических ошибок
и успешной компиля-

ции программа готова
к выполнению и поиску ошибок этапа
выполнения и ло-

гических ошибок.

Семантические
ошибки происходят, когда программа
компилируется, но

при выполнении
операторов что-то происходит неверно.
Например, программа

пытается открыть
для ввода несуществующий файл или
выполнить деление на

ноль. При обнаружении
семантических ошибок выполнение
программы заверша-

ется и выводится
сообщение об ошибке. Например, в системе
Turbo Pascal

выводится сообщение
следующего вида:

Run-time error ## at seg:ofs

По номеру
ошибки (##) можно установить причину ее
возникновения.

Логические ошибки
— это ошибки проектирования и реализации
програм-

мы. Логические
ошибки приводят к некорректному или
непредвиденному зна-

чению переменных,
неправильному виду графических
изображений или невы-

полнению кода, когда
это ожидается. Эти ошибки часто трудно
отслежива-

ются, поскольку ни
компилятор, ни исполняющая система не
обнаруживают их

автоматически, как
синтаксические и семантические ошибки.
Обычно системы

программирования
включает в себя средства отладки,
помогающие найти ло-

гические ошибки.

3.4.2. Цели и задачи отладки и тестирования.

Многие программисты
путают отладку программ с тестированием,
пред-

назначенным для
проверки их работоспособности. Отладка
имеет место тог-

да, когда программа
со всей очевидностью работает неправильно.
Поэтому

отладка начинается
всегда в предположении отказа программы.
Если же ока-

зывается, что
программа работает верно, то она
тестируется. Часто случа-

ется так, что после
прогона тестов программа вновь должна
быть подверг-

нута отладке. Таким
образом, тестирование устанавливает
факт наличия

ошибки, а отладка
выявляет ее причину, и эти два этапа
разработки прог-

раммы перекрываются.

3.4.3. Основные возможности интегрированного отладчика системы

программирования
Turbo Pascal.

Основной смысл
использования встроенного отладчика
состоит в управ-

ляемом выполнении
программы. Отслеживая выполнение
каждой инструкции,

можно легко определить,
какая часть программы вызывает проблемы.
В от-

ладчике предусмотрено
шесть основных механизмов управления
выполнением

программы, которые
позволяют:

— выполнять
инструкции по шагам(Run|Step Over или F8);

— трассировать
инструкции (Run|Trace Into или F7);

— выполнять
программы до позиции курсора (Run|Go to
Cursor или F4);

— выполнять
программу до заданной точки (Toggle
Breakpoint или

Ctrl+F8);

— находить
определенную точку (Search|Find Procedure…);

— выполнять сброс
программы (Run¦Reset Program или Ctrl+F2).

Выполнение
программы по шагам (команда Step Over меню
выполнения

Run) и трассировка
программы (команда Trace Into меню выполнения
Run)

дают возможность
построчного выполнения программы.
Единственное отличие

выполнения по шагам
и трассировки состоит в том, как они
работают с вы-

зовами процедур и
функций. Выполнение по шагам вызова
процедуры или

функции интерпретирует
вызов как простой оператор и после
завершения

подпрограммы
возвращает управление на следующую
строку. Трассировка

подпрограммы
загружает код этой подпрограммы и
продолжает ее построчное

выполнение.

Выполнение
программы до заданной точки (команда
Toggle Breakpoint

локального меню
редактора) — более гибкий механизм
отладки, чем исполь-

зование метода
выполнения до позиции курсора (команда
Go to Cursor меню

выполнения Run),
поскольку в программе можно установить
несколько точек

останова.

Интегрированная
среда разработки программы предусматривает
несколь-

ко способов поиска
в программе заданного места. Простейший
способ пре-

доставляет команда
Search|Find Procedure…, которая запрашивает
имя

процедуры или
функции, затем находит соответствующую
строку в файле, где

определяется эта
подпрограмма. Этот подход полезно
использовать при ре-

дактировании, но
его можно комбинировать с возможностью
выполнения прог-

раммы до определенной
точки, чтобы пройти программу до той
части кода,

которую надо отладить.

Чтобы сбрасить
все ранее задействованные отладочные
средства и

прекратитьт отладку
программы необходимо выполнить команду
Run|Program

reset или нажать клавиши
Ctrl+F2.

При выполнении
программы по шагам можно наблюдать ее
вывод несколь-

кими способами:

— переключение
в случае необходимости экранов
(Debug|User screen

или Alt+F5);

— открытие окна
вывода (Debug¦Output);

— использование
второго монитора;

Выполнение
программы по шагам или ее трассировка
могут помочь найти

ошибки в алгоритме
программы, но обычно желательно также
знать, что про-

исходит на каждом
шаге со значениями отдельных переменных.
Например, при

выполнении по шагам
цикла for полезно знать значение переменной
цикла.

Встроенный отладчик
имеет два инструментальных средства
для проверки со-

держимого переменных
программы:

— окно Watches
(Просмотр);

— диалоговое окно
Evaluate and Modify (Вычисление и модификация).

Чтобы открыть
окно Watches, необходимо выполнить
команду

Debug|Watch. Чтобы добавить
в окно Watches переменную, необходимо выпол-

нить
команду
Debug¦Watch¦Add Watch… или
нажать клавиши Ctrl+F7. Если

окно Watches является
активным окном, то можно добавить
выражение

просмотра, нажав
клавишу Ins. Отладчик открывает диалоговое
окно Add

Watch, запрашивающее
тип просматриваемого выражения. По
умолчанию выра-

жением считается
слово в позиции курсора в текущем окне
редактирования.

Просматриваемые
выражения, которые отслеживались ранее,
сохраняются в

списке протокола.
Последнее добавленное или модифицированное
просматри-

ваемое выражение
является текущим просматриваемым
выражением, которое

указывается выводимым
слева от него символом жирной левой
точки. Если

окно Watches активно,
можно удалить текущее выражение, нажав
клавишу Del

или Ctrl+Y. Чтобы
удалить все просматриваемые выражения,
необходимо вы-

полнить команду
Clear All локального меню активного окна
Watches. Чтобы

отредактировать
просматриваемое выражение, нужно
выполнить команду

Modify… или нажать
клавишу Enter локального меню активного
окна

Watches. Отладчик
открывает диалоговое окно Edit Watch,
аналогичное то-

му, которое
используется для добавления просматриваемого
выражения, ко-

торое позволяет
отредактировать текущее выражение.

Чтобы вычислить
выражение, необходимо выполнить
команду

Debug¦Evaluate/Modify…
или
нажать
клавиши
Ctrl+F4. Отладчик
открывает

диалоговое окно
Evaluate and Modify. По умолчанию слово в позиции
курсо-

ра в текущем окне
редактирования выводится подсвеченным
в поле

Expression. Можно
отредактировать это выражение, набрать
другое выраже-

ние или выбрать
вычисленное ранее выражение из списка
протокола.

Даже если не
установлены точки останова, можно выйти
в отладчик при

выполнении программы,
нажав клавиши Ctrl+Break. Отладчик находит
позицию

в исходном коде, где
прервалась программа. Затем, как и в
случае обычной

точки останова,
можно выполнить программу по шагам,
трассировать ее,

отследить или
вычислить выражения.

Иногда в ходе
отладки полезно узнать, как вы попали
в данную часть

кода. Окно Call Stack
показывает последовательность вызовов
процедур или

функций, которые
привели к текущему состоянию (глубиной
до 128 уровней).

Для вывода окна Call
Stack необходимо выполнить команду
Debug¦Call Stack

или нажать клавиши
Ctrl+F3.

13

Соседние файлы в папке 13_3xN

• #
• #
• #

Ошибки в программировании – дело обычное, хоть и неприятное. В данной статье будет рассказано о том, какими бывают ошибки (баги), а также что собой представляют исключения.

Определение

Ошибка в программировании (или так называемый баг) – это ситуация у разработчиков, при которой определенный код вследствие обработки выдает неверный результат. Причин данному явлению множество: неисправность компилятора, сбои интерфейса, неточности и нарушения в программном коде.

Баги обнаруживаются чаще всего в момент отладки или бета-тестирования. Реже – после итогового релиза готовой программы. Вот несколько вариантов багов:

1. Появляется сообщение об ошибке, но приложение продолжает функционировать.
2. ПО вылетает или зависает. Никаких предупреждений или предпосылок этому не было. Процедура осуществляется неожиданно для пользователя. Возможен вариант, при котором контент перезапускается самостоятельно и непредсказуемо.
3. Одно из событий, описанных ранее, сопровождается отправкой отчетов разработчикам.

Ошибки в программах могут привести соответствующее приложение в негодность, а также к непредсказуемым алгоритмам функционирования. Желательно обнаруживать баги на этапе ранней разработки или тестирования. Лишь в этом случае программист сможет оперативно и относительно недорого внести необходимые изменения в код для отладки ПО.

История происхождения термина

Баг – слово, которое используется разработчиками в качестве сленга. Оно произошло от слова «bug» – «жук». Точно неизвестно, откуда в программировании и IT возник соответствующий термин. Существуют две теории:

1. 9 сентября 1945 года ученые из Гарварда тестировали очередную вычислительную машину. Она называлась Mark II Aiken Relay Calculator. Устройство начало работать с ошибками. Когда его разобрали, то ученые заметили мотылька, застрявшего между реле. Тогда некая Грейс Хоппер назвала произошедший сбой упомянутым термином.
2. Слово «баг» появилось задолго до появления Mark II. Термин использовался Томасом Эдисоном и указывал на мелкие недочеты и трудности. Во время Второй Мировой войны «bugs» называли проблемы с радарной электроникой.

Второй вариант кажется более реалистичным. Это факт, который подтвержден документально. Со временем научились различать различные типы багов в IT. Далее они будут рассмотрены более подробно.

Как классифицируют

Ошибки работы программ разделяются по разным факторам. Классификация у рядовых пользователей и разработчиков различается. То, что для первых – «просто программа вылетела» или «глючит», для вторых – огромная головная боль. Но существует и общепринятая классификация ошибок. Пример – по критичности:

1. Серьезные неполадки. Это нарушения работоспособности приложения, которые могут приводить к непредвиденным крупным изменениям.
2. Незначительные ошибки в программах. Чаще всего не оказывают серьезного воздействия на функциональность ПО.
3. Showstopper. Критические проблемы в приложении или аппаратном обеспечении. Приводят к выходу программы из строя почти всегда. Для примера можно взять любое клиент-серверное приложение, в котором не получается авторизоваться через логин и пароль.

Последний вариант требует особого внимания со стороны программистов. Их стараются обнаружить и устранить в первую очередь. Критические ошибки могут отложить релиз исходной программы на неопределенный срок.

Также существуют различные виды сбоев в плане частоты проявления: постоянные и «разовые». Вторые встречаются редко, чаще – при определенных настройках и действиях со стороны пользователя. Первые появляются независимо от используемой платформы и выполненных клиентом манипуляций.

Иногда может получиться так, что ошибка возникает только на устройстве конкретного пользователя. В данном случае устранение неполадки требует индивидуального подхода. Иногда – полной замены компьютера. Связано это с тем, что никто не будет редактировать исходный код, когда он «глючит» только у одного пользователя.

Виды

Существуют различные типы ошибок в программах в зависимости от типовых условий использования приложений. Пример – сбои, которые возникают при возрастании нагрузки на оперативную память или центральный процессор устройства. Есть баги граничных условий, сбоя идентификаторов, несовместимости с архитектурой процессора (наиболее распространенная проблема на мобильных устройствах).

Разработчики выделяют следующие типы ошибок по уровню сложности:

1. «Борбаг» – «стабильная» неполадка. Она легко обнаруживается на этапе разработки и компилирования. Иногда – во время тестирования наработкой исходной программы.
2. «Гейзенбаг» – баги с поддержкой изменения свойств, включая зависимость от среды, в которой было запущено приложение. Сюда относят периодические неполадки в программах. Они могут исчезать на некоторое время, но через какой-то промежуток вновь дают о себе знать.
3. «Мандельбаг» – непредвиденные ошибки. Обладают энтропийным поведением. Предсказать, к чему они приведут, практически невозможно.
4. «Шрединбаг» – критические неполадки. Приводят к тому, что злоумышленники могут взломать программу. Данный тип ошибок обнаружить достаточно трудно, потому что они никак себя не проявляют.

Также есть классификация «по критичности». Тут всего два варианта – warning («варнинги») и критические весомые сбои. Первые сопровождаются характерными сообщениями и отчетами для разработчиков. Они не представляют серьезной опасности для работоспособности приложения. При компилировании такие сбои легко исправляются. В отдельных случаях компилятор справляется с этой задачей самостоятельно. А вот критические весомые сбои говорят сами за себя. Они приводят к серьезным нарушениям ПО. Исправляются обычно путем проработки логики и значительных изменений программного кода.

Типы багов

Ошибки в программах бывают:

• логическими;
• синтаксическими;
• взаимодействия;
• компиляционные;
• ресурсные;
• арифметические;
• среды выполнения.

Это – основная классификация сбоев в приложениях и операционных системах. Логические, синтаксические и «среды выполнения» встречаются в разработке чаще остальных. На них будет сделан основной акцент.

Ошибки синтаксиса

Синтаксические баги распространены среди новичков. Они относятся к категории «самых безобидных». С данной категорией ошибок способны справиться компиляторы тех или иных языков. Соответствующие инструменты показывают, где допущена неточность. Остается лишь понять, как исправить ее.

Синтаксические ошибки – ошибки синтаксиса, правил языка. Вот пример в Паскале:

Код написан неверно. Согласно действующим синтаксическим нормам, в Pascal в первой строчке нужно в конце поставить точку с запятой.

Логические

Тут стоит выделить обычные и арифметические типы. Вторые возникают, когда программе при работе необходимо вычислить много переменных, но на каком-то этапе расчетов возникают неполадки или нечто непредвиденное. Пример – получение в результатах «бесконечности».

Логические сбои обычного типа – самые сложные и неприятные. Их тяжелее всего обнаружить и исправить. С точки зрения языка программа может быть написана идеально, но работать неправильно. Подобное явление – следствие логической ошибки. Компиляторы их не обнаруживают.

Выше – пример логической ошибки в программе. Тут:

1. Происходит сравнение значения i с 15.
2. На экран выводится сообщение, если I = 15.
3. В заданном цикле i не будет равно 15. Связано это с диапазоном значений – от 1 до 10.

Может показаться, что ошибка безобидная. В приведенном примере так и есть, но в более крупных программах такое явление приводит к серьезным последствиям.

Время выполнения

Run-time сбои – это ошибка времени выполнения программы. Встречается даже когда исходный код лишен логических и синтаксических ошибок. Связаны такие неполадки с ходом выполнения программного продукта. Пример – в процессе функционирования ПО был удален файл, считываемый программой. Если игнорировать подобные неполадки, можно столкнуться с аварийным завершением работы контента.

Самый распространенный пример в данной категории – это неожиданное деление на ноль. Предложенный фрагмент кода с точки зрения синтаксиса и логики написан грамотно. Но, если клиент наберет 0, произойдет сбой системы.

Компиляционный тип

Встречается при разработке на языках высокого уровня. Во время преобразований в машинный тип «что-то идет не так». Причиной служат синтаксические ошибки или сбои непосредственно в компиляторе.

Наличие подобных неполадок делает бета-тестирование невозможным. Компиляционные ошибки устраняются при разработке-отладке.

Ресурсные

Ресурсный тип ошибок – это сбои вроде «переполнение буфера» или «нехватка памяти». Тесно связаны с «железом» устройства. Могут быть вызваны действиями пользователя. Пример – запуск «свежих» игр на стареньких компьютерах.

Исправить ситуацию помогают основательные работы над исходным кодом. А именно – полное переписывание программы или «проблемного» фрагмента.

Взаимодействие

Подразумевается взаимодействие с аппаратным или программным окружением. Пример – ошибка при использовании веб-протоколов. Это приведет к тому, что облачный сервис не будет нормально функционировать. При постоянном возникновении соответствующей неполадки остается один путь – полностью переписывать «проблемный» участок кода, ответственный за соответствующий баг.

Исключения и как избежать багов

Исключение – событие, при возникновении которых начинается «неправильное» поведение программы. Механизм, необходимый для стабилизации обработки неполадок независимо от типа ПО, платформ и иных условий. Помогают разрабатывать единые концепции ответа на баги со стороны операционной системы или контента.

Исключения бывают:

1. Программными. Они генерируются приложением или ОС.
2. Аппаратными. Создаются процессором. Пример – обращение к невыделенной памяти.

Исключения нужны для охвата критических багов. Избежать неполадок помогут отладчики на этапе разработки. А еще – своевременное поэтапное тестирование программы.

P. S. Большой выбор курсов по тестированию есть и в Otus. Присутствуют варианты как для продвинутых, так и для начинающих пользователей.

Существуют различные типы программных ошибок, которые могут возникать на этапе разработки программы программного обеспечения и каждый программист должен знать о них.

В этой статье вы найдете описание самых распространенных ошибок программирования, cкоторыми может столкнуться каждый разработчик.

Если вы абсолютный новичок в области программирования то эта статья непременно будет вам интересна: Основы программирования для начинающих.

Ошибки программирования, более известные как «Баги» на жаргоне, бич любого разработчика программного обеспечения. Поскольку машины все чаще используются в автоматическом режиме, с бортовыми встраиваемыми системами или компьютерами, контролирующими их функционирование, программная ошибка может иметь серьезные последствия. Были случаи, когда космические челноки и самолеты, разбивались из-за ошибки в программном обеспечении во встраиваемом компьютерном оборудовании. Одна лазейка, оставленная в коде операционной системы, может обеспечить точку входа для хакеров, которые могут использовать эту уязвимость. К этим, ошибкам нужно относиться очень серьезно, так как мы все больше и больше полагаемся на компьютеры.

Основные виды ошибок в программировании

Компьютерное программирование это огромное поле с сотнями языков, которые используют миллионы приложений. Это программирование операционной системы, прикладное программирование, встроенное кодирование системы, веб-разработка, приложения для мобильных платформ, развитие программ, развернутых в интернете, научные вычисления. В таблице представлены основные виды ошибок.

Интенсивное тестирование и фаза отладки неотъемлемая часть цикла разработки программного обеспечения, которое может помочь пресечь эти ошибки в зародыше, прежде чем произойдет полномасштабное развертывание программного обеспечения. Много ошибок можно избежать с помощью предварительного планирования во время стадии кодирования. Большинство ошибок можно исправить в процессе разработки программного обеспечения через практику и строгие процедуры отладки. Ошибки являются частью обучения, и их никогда нельзя полностью избежать, Тем не менее, у вас могут появляться новые ошибки, но повторять старые вы не должны!

Читайте также

Годы бегут, компьютеры становятся мощнее, листинги программ длиннее, а программисты всё ещё допускают те же самые ошибки (или же сталкиваются с ними)… Предлагаю разобраться с основными типами ошибок и причинами, по которым они происходят

Чтобы максимально раскрыть смысл фразы «актуально во все времена«, в качестве иллюстрирующих примеров будут приведены сведения времён старой доброй DOS 🙂, поэтому материал рекомендуется к прочтению любителям ностальгии

Какие же бывают типы ошибок?

Тип №1. Ошибки в программном комплексе, допущенные при разработке и не обнаруженные при его тестировании

• В «Справочнике Microsoft Works» и интерактивной помощи пакета интегрированной обработки информации Works 2.0 функция ЕСЛИ описана как
ЕСЛИ (Условие, ЗначениеЛожь, ЗначениеИстина)
Однако в действительности работа данной функции должна иметь следующий вид:
ЕСЛИ (Условие, ЗначениеИстина, ЗначениеЛожь)

В «Руководстве пользователя Microsoft Works для Windows» пакета Works 3.0 эта ошибка исправлена 🙂

• В русифицированном варианте Norton Utilities (версия 7.0, фирма Symantec) в утилите форматирования sformat при задании опции:
Системные файлы: [Не ставить…]
при форматировании выдаётся сообщение:
Системные файлы: Ставить
и наоборот, при задании опции:
Системные файлы: [Ставить…]
при форматировании выдаётся сообщение:
Системные файлы: Не ставить

• Неудача при запуске первого американского спутника к Венере случилась, вероятнее всего, из-за ошибки в программе – вместо требуемой в операторе запятой программист поставил точку. Вот как был записан этот оператор:
DO 50 I = 12.525
На самом же деле он должен был выглядеть следующим образом:
DO 50 I = 12,525
В программе на Фортране IV требовался цикл, а программист поставил точку, а в результате получилось присваивание значения 12,525 неявной переменной DO50I (пробелы в Фортране игнорируются) [ Спасибо за этот ценный комментарий-поправку хабраюзеру rexxer2 ]

• Потеря связи с космической станцией «Фобос-1» (СССР) произошла из-за ошибочной команды, переданной с Земли на бортовой компьютер.

• Причиной осложнений, возникших при возвращении на Землю из космической экспедиции советско-афганского и советско-французского экипажей, явились ошибки, допущенные в программном обеспечении бортовых компьютеров.

К данному типу относятся ошибки в алгоритмах, когда алгоритм неверный или создан на основе неправильных представлений о действительности:

• Одна из первых компьютерных систем противовоздушной обороны США (60-е годы) в первое же дежурство подняла тревогу, приняв восходящую из-за горизонта Луну за вражескую ракету, поскольку этот «объект» приближался к территории США и не подавал сигналов, что он «свой» 🙂

Тип №2. Ошибки, возникающие при вводе в компьютер неверных данных

Весьма популярные ошибки, предотвращение которых известно под названием «защита от дурака»

• В 1983 году произошло наводнение в юго-западной части США. Причина заключалась в том, что в компьютер были введены неверные данные о погоде, в результате чего он дал ошибочный сигнал шлюзам, перекрывающим реку Колорадо.

• Ещё один печальный пример: в восьмидесятые годы прошлого века в Антарктиде разбился самолёт с туристами на борту, поскольку в управляющую полётом систему были заложены неверные координаты аэропорта взлёта и система ошибочно рассчитала высоту полёта над горами

Тип 3. Компьютерные вирусы, «вмешивающиеся» в работу компьютера и выполняемую им программу.

• Летом 1988 года в Мичиганском госпитале компьютерный вирус инфицировал три компьютера, которые обрабатывали информацию о пациентах. Вирус перемешал фамилии пациентов в базе данных. В результате данного «вмешательства» диагностические сведения одних пациентов оказались приписанными другим пациентам.

Тип 4. Выход из строя элементов компьютера и обслуживающих его систем

Тут, в принципе, всё обстоит точно так же, как и 20 лет назад: в процессе эксплуатации компьютерной системы возможно физическое повреждение накопителя, выход из строя блока питания, отключение электроэнергии, колебание напряжения в электрической сети и др. Результатом такого рода неисправностей может быть полная потеря информации, хранящейся на жёстком диске, частичная или полная потеря информации в файлах баз данных, нарушение работы систем, управляемых компьютером и многое другое. Для предотвращения ошибок данного типа используют системы, в которых одновременно работают несколько компьютеров, дублирующих друг друга, в компьютеры устанавливают два и более параллельно работающих накопителя (вспоминаем RAID-массивы), аппаратуру подключают к источникам бесперебойного питания, которые обеспечивают его работу при отключении электроэнергии или колебаниях напряжения электрической сети и т.д. и т.п.

Тип №5. Выход из строя или сбои в работе измерительных приборов и датчиков, используемых при управлении какими-либо техническими системами и технологическими процессами

• В июле 1985 года произошло преждевременное отключение компьютера одного из основных двигателей американского космического корабля «Челленджер» (Шаттл), едва не закончившееся катастрофой. Положение спас командир корабля, сумевший на двух работающих основных двигателях и двух менее мощных двигателях для маневрирования вывести «Челленджер» на орбиту. Причина же заключалась в том, что один из трёх бортовых компьютеров, управляющих двигателями (на каждый двигатель по компьютеру), был «обманут» вышедшим из строя датчиком, измеряющим температуру газа в двигателе. Для устранения подобных неполадок в будущем на следующих космических кораблях серии Шаттл были установлены датчики изменённой конструкции.

• При запуске французской ракеты нового поколения «Ариан-5» примерно на 37-й секунде полёта компьютер, находившийся на борту ракеты, получил от датчиков системы управления неверную информацию о пространственной ориентации ракеты. Исходя из этой информации, компьютер начал корректировать траекторию полёта для того, чтобы компенсировать не существующую на самом деле погрешность. Ракета стала отклоняться от курса, что привело к возрастанию нагрузок на её корпус. В результате чрезмерных нагрузок верхняя часть ракеты отвалилась, и по команде с земли ракета была взорвана.

Тип 6. «Злая воля человека», носителем которой чаще всего выступает либо программист, либо оператор

Программист, создавая программу, может специально внести в неё ошибку 🙂. Другим вариантом проявления «злой воли программиста» является включение в программу «логической бомбы», срабатывающей, например, после определённого числа запусков программы, определённых значениях входных данных и др. Оператор, обслуживающий компьютер, может сознательно ввести в компьютер неверные данные, которые и будут обработаны компьютером, выдавая неверные выходные данные в соответствии с принципом «мусор на входе – мусор на выходе».

• Сборочный конвейер волжского автомобильного завода в городе Тольятти работает под управлением АСУ, которая обеспечивает своевременное поступление деталей на конвейер со складов и из цехов вспомогательных производств. Для выполнения этой задачи информационно-управляющая система хранит информацию о тысячах узлов и деталей, из которых собирается автомобиль, о запасах деталей на складах, об их движении по транспортным линиям и т. д. На основе этой информации АСУ самостоятельно управляет автоматизированными складами, транспортными конвейерами, а также рядом других устройств.
Программист, разрабатывавший программное обеспечение для управления главным конвейером Волжского автозавода, сознательно внёс в программу «логическую бомбу» в знак протеста против низкой зарплаты. Через некоторое время эта «логическая бомба» сработала, и главный конвейер остановился на несколько дней. Ущерб от остановки составил 1 миллион рублей (в ценах 80-х годов), этот ущерб был несопоставим с зарплатой всех программистов ВАЗа, вместе взятых, а программист был дисквалифицирован и переведён в рабочие.

Подводим итоги

Анализ приведённых типов ошибок показывает, что основными задачами, стоящими перед разработчиками программного обеспечения в плане повышения его надёжности, является:

• устранение ошибок, допущенных при разработке программного обеспечения (1-й тип ошибок);
• проектирование программного обеспечения с учётом человеческого фактора, то есть таким образом, чтобы оно было защищено от «дурака» (2-й тип ошибок). При этом «свалять дурака» могут не только пользователи, работающие за компьютером, но и приборы и датчики, от которых компьютер принимает информацию при управлении техническими или иными системами (5-й тип ошибок);
• использование известных мер безопасности для снижения вероятности переноса компьютерных вирусов (3-й тип ошибок) с программами, передаваемыми в эксплуатацию (в практике распространения программ известны случаи, когда разработчики этих программ записывают дистрибутивы на заражённых вирусами компьютерах).

Таким образом, программный продукт в обязательном порядке должен проходить тщательное тестирование и отладку (выявление ошибок 1-го и 2-го типов). Выявление возможных ошибок 5-го типа производится с помощью имитации отказа приборов и датчиков на прошедших тестирование программных комплексах.

Надеюсь, данный материал окажется полезным. Желаю всем делать поменьше ошибок, ведь это особенно актуально в нынешние кризисные времена :^)

PS: сведения предоставляются по данным из этих источников, множество важных дополнений и опровержений представлены ниже в комментариях, особенно от хабраюзера scoon. Однако оригинальный текст не изменяю

Ошибки в программах – дело обыденное. Приложения зависают, вылетают, перестают запускаться. В простейшем случае пользователь решает проблему переустановкой ПО или чисткой от «мусора». Разработчикам же нужно четко понимать, что такое баг, как исправить его и каким образом получить своевременную обратную связь от пользователей.

Что такое баг?

Термин «баг» (в переводе «жук») у программистов обозначает ситуацию, когда определенный код выдает неверный результат. Причины возникновения разные: ошибки в исходном коде, интерфейсе программы или некорректной работе компилятора. Обнаруживают их на этапе отладки или уже на стадии бета-тестирования, выпуска продукта на рынок.

Варианты ошибок:

1. Появилось сообщение об ошибке, программа продолжает работу.
2. Приложение зависает или вылетает без каких-либо предупреждений.
3. Происходит одно из событий с одновременной отправкой отчета разработчику.

Сложнее всего работать с компьютерными играми, в которых чаще используют термин «краш» (crash). Он означает критическую проблему при запуске или использовании программы. Когда говорят о багах, то чаще имеют в виду сбои графики, например, если игрок «проваливается в текстуры».

Классификация багов

Точка зрения пользователей часто не совпадает с мнением программистов. Так, для первых всего лишь произошел сбой, «приложение перестало работать». Кодеру же предстоит головная боль с определением источника проблемы. Ведь ошибка в программе, вероятно, проявляется лишь на конкретном железе или при сочетании с другим софтом (часто с антивирусами).

Баги делят на категории в зависимости от их критичности:

1. незначительные ошибки,
2. серьезные ошибки,
3. showstopper.

Последние указывают на критическую программную или аппаратную проблему, из-за которой ПО теряет свою функциональность практически на 100%. Например, не удается авторизоваться через логин-пароль или перестала работать кнопка «Далее». Поэтому таким ошибкам отдают приоритет.

Также есть деление ошибок по частоте проявления. Проще всего исправлять постоянные, возникающие при одних и тех же обстоятельствах, независимо от платформы, аппаратной части компьютера или каких-то действий пользователя. Сложность возрастает при периодических сбоях, когда причиной вполне может оказаться глючная оперативная память или ошибки накопителей.

Есть вариант, когда проблема возникает только на машине конкретного клиента. Здесь приходится либо заказывать индивидуальную «работу над ошибками», либо менять компьютер. Потому что ПО для массового пользователя никто не будет редактировать из-за «одного». Только если наберется некая критическая масса одинаковых случаев.

Разновидности ошибок

Программисту еще важно деление на разные типы ошибок приложений исходя из типовых условий их эксплуатации. Например, возникающие при повышении нагрузки на процессор, в интерфейсе, в модуле обработки входящих данных. Существуют баги граничных условий, сбоя идентификаторов, банальной несовместимости с архитектурой процессора (чаще в мобильных устройствах).

Кодеры делят ошибки по сложности:

1. Борбаг (Bohr Bug) – «стабильная» ошибка, легко выявляемая еще на этапе отладки или при бета-тестировании, когда речь еще не идет о выпуске стабильной версии.
2. Гейзенбаг (Heisenbug) – периодически проявляющиеся, иногда надолго исчезающие баги с меняющимися свойствами, включая зависимость от программной среды, «железа».
3. Мандельбаг (Mandelbug) – ошибка с энтропийным поведением, почти с непредсказуемым результатом.
4. Шрединбаг (Schroedinbug) – критические баги, чаще приводящие к появлению возможности взлома, хотя внешне никак себя не проявляют.

Последняя категория ошибок – одна из основных причин регулярного обновления операционных систем Windows. Вроде бы пользователя все устраивает, а разработчик раз за разом выпускает новые пакеты исправлений. Наиболее известный баг, попортивший нервы многим кодерам, это «ошибка 2000 года» (Y2K Error). Про нее успешно забыли, но уроки извлекли.

Программисты различают и те ошибки, что мешают скомпилировать программу, и ворнинги. Вторая категория представляет собой лишь предупреждение о найденных «косяках» в коде, но они не мешают ни сборке ПО, ни последующей эксплуатации. Например, речь идет об отсутствии точки или точки запятой в синтаксисе, когда компилятор способен сам решить проблему.

Логические

Наиболее серьезная из ошибок. Такие баги приводят к изменению функционирования программы вопреки техническому заданию. К чему это приведет, никто не знает – могут записаться на диске «не те данные», некорректно измениться важные документы или предоставиться доступ к коммерческой информации без авторизации. Исправить их получится только при знании изначальной логики.

Синтаксические

Ошибки синтаксиса существуют на уровне конкретного языка программирования: C, Java, Python, Perl и т.д. Что на одной платформе работает максимум с ворнингами, для другой будет серьезной проблемой. Такие баги легко исправить на этапе компиляции, потому что инструмент не позволит «пройти дальше» некорректного участка кода.

Компиляционные

Ситуация происходит, когда код, написанный на языке высокого уровня, преобразуют в «простой», машиночитаемый. Причиной может служить как серьезная ошибка в синтаксисе, так и сбои в самом компиляторе. Такие баги устраняют на этапе разработки-отладки программ, потому что выпустить их даже для бета-тестирования не получится.

Среды выполнения

Так называемые ошибки Run-Time. Проявляются в скомпилированных программах, при запуске. Например, из-за нехватки ресурсов на машине, в результате аварийной ситуации (поломка памяти, носителя, устройств ввода-вывода). Такое происходит, если разработчик не учел реальных условий работы; придется вернуться к стадии проработки логики.

Арифметические

Одна из разновидностей логических ошибок. Происходят, когда программа при работе вычисляет массу переменных, но на каком-то этапе происходит непредвиденное. Например, деление на ноль или же приложение получает «бесконечный» результат. Изменить ситуацию получится только на уровне кода, внедренного в него алгоритма.

Ресурсные

Преимущественно к этой категории относят ошибки типа «переполнение буфера». Программист не учел необходимость очистки памяти перед размещением новых данных. Или интерфейс разработан без учета типовых разрешений экранов, и его элементы постоянно «съезжают», нарушается логика срабатывания кнопок и т.д. Исправить получится только переписыванием части кода.

Взаимодействия

Речь идет о взаимодействии с аппаратным или программным окружением. В случае с приложением для облачного ресурса программист мог допустить ошибку при использовании веб-протоколов. При постоянном появлении ошибки остается только переписывать участок кода, ответственный за появление бага, иначе программа останется неработоспособной.

Что такое исключение

Снизить риски появления непредвиденных ошибок позволяет внедрение в программу исключений. Это события, при возникновении которых начинается «неправильное» поведение. Такой механизм позволяет систематизировать обработку багов независимо от типа приложения, платформы и иных условий. И разработать единую систему реагирования, например, со стороны операционки.

Существуют программные и аппаратные исключения. Первые генерируются самой программой и ОС, под которой она запущена. К аппаратным относятся те, что создаются процессором. Например, деление на 0, переполнение буфера, обращение к невыделенной памяти. Исключениями кодеры охватывают наиболее серьезные, критические баги.

Как избежать ошибок?

Существует два эффективных способа избежать проблем еще на стадии разработки. Первый – это отладка при помощи специальных программ. Они отображают результаты выполнения в цифрах, которые объективно показывают кодеру, правильно ли был обработан следующий участок кода или нужно искать закравшуюся ошибку.

Второй способ представляет собой привлечение специальных людей, тестировщиков. Они помогут разобраться с работоспособностью интерфейса в различных ситуациях, на разных платформах. Это происходит максимально приближенно к реальным условиям. Поэтому любой серьезный продукт проходит такую стадию обязательно.

Выводы

Баги – сопутствующий фактор любой разработки. Большую их часть пользователь не видит, потому что устраняются они еще в «лаборатории», на этапе альфа-тестирования. В бета-версии попадают уже незначительные ошибки, например, связанные с конкретными «узкими» условиями эксплуатации. Редкие проблемы помогают решать краш-репорты – отчеты, отсылаемые производителю самой программой. 

Виды ошибок в программах

Я учусь на своих ошибках. Ругаю себя за это, но продолжаю ошибаться. С другой стороны — это всё-таки лучше, чем не учиться совсем, и наступать на одни и те же грабли бесконечно.

При создании программ, даже простых, ошибки неизбежны. Поэтому для поиска ошибок во всех средствах разработки имеются особые инструменты для отладки. Но сегодня не об отладке и не о поиске ошибок. Сегодня о видах ошибок, которые встречаются в программах.

Итак, основных вида всего три:

• Синтаксические ошибки
• Логические ошибки
• Ошибки выполнения программы

Синтаксические ошибки в программах

Эти ошибки довольно распространены, особенно среди начинающих. Но эти ошибки — самые безобидные. Потому что компиляторы легко находят ошибки синтаксиса и указывают место в исходном коде, где обнаружена такая ошибка. Программисту остаётся только исправить её.

Синтаксические ошибки — это ошибки синтаксиса (а то бы вы не догадались))). То есть ошибки правил языка. Например, для Паскаля это будет синтаксической ошибкой:

WriteLn('Hello, World !!!')
ReadLn;

Потому что после первой строки нет точки с запятой.

Подобные ошибки очень часто совершают новички. И это вгоняет их в ступор — они пугаются и не могут понять, что же не так с их кодом. Хотя если бы они внимательно его посмотрели и прочитали сообщение об ошибке, то легко могли бы исправить её:

Потому что в сообщении чётко сказано:

Syntax error, ";" expected but "identifier READLN" found

что можно перевести как

синтаксическая ошибка, ";" ожидалось, но "READLN" найден

То есть компилятор говорит нам: я ожидал увидеть точку с запятой, а нашёл идентификатор READLN.

Логические ошибки в программах

Это самые противные и самые труднонаходимые ошибки. Программа может быть написана совершенно правильно с точки зрения синтаксиса языка, и при этом она будет неправильно работать. Потому что программист допустил где-то логическую ошибку.

И компилятор вам ничего об этой ошибке не расскажет, потому что правила языка не нарушены.

Поиски таких ошибок могут занять много времени и отнять у вас немало здоровья. Поэтому при разработке программ лучше не торопиться и стараться не допускать логических ошибок.

Пример логической ошибки:

for i := 1 to 10 do
  if i = 15 then WriteLn('i = 15');

Здесь мы сравниваем значение i с числом 15, и выводим сообщение, если i = 15.
Но фишка в том, что в данном цикле i не будет равно 15 НИКОГДА, потому что в цикле переменной i присваиваются значения от 1 до 10.

Эта ошибка довольно безобидная. Здесь мы имеем просто бессмысленный код, который не причинит никакого вреда.
Однако представьте, что программа должна выдавать какой-то сигнал тревоги, если i = 15. Тогда получится, что никакого сигнала пользователь никогда не услышит, даже если случилось что-то страшное. А всё потому, что программист немного ошибся. Вот так вот и падают ракеты и самолёты…

Распространённые логические ошибки в С++ вы можете посмотреть здесь.

Ошибки времени выполнения программы

Даже если исходный код не содержит ни логических, не синтаксических ошибок, это ещё не означает, что ваша программа безупречна. Потому что ошибки могут возникнуть в ходе выполнения программы. Например, случайно будет удалён файл, который должна читать программа, и она не сможет его найти. Если не принять мер, то программа может завершиться аварийно. А пользователям такое поведение программ очень не нравится.

Одна из самых рапространённых ошибок времени выполнения — это неожиданное деление на ноль. Пример:

Write('y = ');
ReadLn(y);
x := 100 / y;
WriteLn('100 / ', y, ' = ', x);

Что здесь такого? Всё правильно и с точки зрения логики, и с точки зрения синтаксиса. И в большинстве случаев программа отработает без каких-либо неожиданностей.

Но представьте, что пользователь введёт ноль. Что тогда будет? Правильно — попытка деления на ноль. А на ноль делить нельзя. Поэтому во время выполнения этой программы произойдёт ошибка, которая очень расстроит пользователя. Потому что в случае, например, с консольным приложением программа просто закроется, и пользователь не поймёт, что это было. Но зато поймёт, что программа — говно, и программы от этого разработчика лучше больше никогда не использовать.

В данном случае, если вы не уверены на 100%, что y будет отличаться от нуля, надо всегда делать проверку на ноль. И хороший код должен быть хотя бы таким:

Write('y = ');
ReadLn(y);
if y = 0 then WriteLn('ERROR: y = 0')
else
  begin
    x := 100 / y;
    WriteLn('100 / ', y, ' = ', x);
  end;

Ну что же. На этом с видами ошибок пока всё. Изучайте программирование и поменьше ошибайтесь.

Привет всем зрителям и слушателям нашего портала Loftblog! Продолжим наш увлекательный разговор о программировании. Наверно, не существует на свете программиста, который мог бы сразу написать код без ошибок. Ошибки программирования будут изначально присутствовать во всех программах, написанных вами. И на сегодняшнем видеоуроке мы поговорим об этих ошибках, рассмотрим их разновидности и узнаем, как их уменьшить.

История появления слова «Баг»

Ошибки в программах называются багами, а их исправление – отладкой или дебаггингом. С английского языка слово «баг» переводится как жук. Впервые оно было использовано в 1946 году Грейс Хоппер, которая работала в Гарвардском университете с вычислительной машиной Harvard Mark II.

Грейс долго искала ошибку в программе, и когда она дошла до электромеханического реле машины, то нашла между замкнувшимися контактами сгоревшего мотылька. Животное было вклеено в дневник с иронической надписью – первый реальный случай бага (жучка).

Виды ошибок программирования

В программах есть 3 вида багов:

• 1. Синтаксические ошибки программирования;
• 2. Ошибки выполнения;
• 3. Логические ошибки программирования.

Некоторые из них легко обнаружить, а чтобы найти другие, придется приложить немалые усилия, но в любом случае есть способы найти ошибки программирования и исправить их.

Синтаксические ошибки программирования

Синтаксическими ошибками являются опечатки в ключевых словах или неверные отступы (актуально для Python). Такие ошибки программирования обнаруживаются перед выполнением программы и их легко отладить. Посмотрите внимательно на код и найдите в нем синтаксические ошибки:

[php]

i = 5

wile i < 15:

print (i)

i = i + 2

[/php]

Ошибки выполнения

Эти ошибки программирования проявляются в ходе работы программы, например, когда мы складываем число и строку или когда делим число на ноль. Следует отметить, что такие ошибки программирования свойственны для Python, в других же языках будут другие ошибки выполнения, характерные для этих языков. Пример ошибок выполнения приведен ниже:

[php]

print (‘dima’ + 1)

print (10/0)

[/php]

Логические ошибки программирования

Эти ошибки программирования заключаются в том, как мы придумали код. Программы с логическими ошибками являются, по сути, правильными программами, но ведут себя не так, как мы задумали. Это связано с неправильными действиями на этапе принятия решений. Вот как, скажем, в этом примере:

[php]

age = 7

if (age < 5 and age > 8)

print (‘free ticket!’)

[/php]

Как же писать код без ошибок?

1. Проверьте свой код на синтаксические ошибки программирования, все ли ключевые слова написаны правильно? Заключен ли текст в кавычки? Сделаны ли необходимые отступы?

2. Дайте просмотреть свой код другу или коллеге, чтобы он проверил ваш код своим свежим взглядом.

Ошибки программирования будут существовать всегда. Только от вашего профессионализма будет зависеть, насколько быстро будете вы их находить и насколько верно исправлять. А профессионализм достигается только с практикой, с опытом. Поэтому, дорогие друзья, практикуйтесь как можно больше.

Если с вами когда-нибудь случались забавные истории по поиску багов в коде, напишите их в комментариях. Всем спасибо!

Приятного всем просмотра! Учитесь с удовольствием! Всегда ваш LoftBlog!