Алгоритмические ошибки это ошибки некорректного ввода

Цель лекции

Освоить работу с встроенным отладчиком, изучить категории ошибок, способы их обнаружения и устранения.

Тестирование и отладка программы

Чем больше опыта имеет программист, тем меньше ошибок в коде он совершает. Но, хотите верьте, хотите нет, даже самый опытный программист всё же допускает ошибки. И любая современная среда разработки программ должна иметь собственные инструменты для отладки приложений, а также для своевременного обнаружения и исправления возможных ошибок. Программные ошибки на программистском сленге называют багами (англ. bug — жук), а программы отладки кода — дебаггерами (англ. debugger — отладчик). Lazarus, как современная среда разработки приложений, имеет собственный встроенный отладчик, работу с которым мы разберем на этой лекции.

Ошибки, которые может допустить программист, условно делятся на три группы:

1. Синтаксические
2. Времени выполнения (run-time errors)
3. Алгоритмические

Синтаксические ошибки

Синтаксические ошибки легче всего обнаружить и исправить — их обнаруживает компилятор, не давая скомпилировать и запустить программу. Причем компилятор устанавливает курсор на ошибку, или после неё, а в окне сообщений выводит соответствующее сообщение, например, такое:

Подобные ошибки могут возникнуть при неправильном написании директивы или имени функции (процедуры); при попытке обратиться к переменной или константе, которую не объявляли (
рис.
27.1); при попытке вызвать функцию (процедуру, переменную, константу) из модуля, который не был подключен в разделе uses; при других аналогичных недосмотрах программиста.

Как уже говорилось, компилятор при нахождении подобной ошибки приостанавливает процесс компиляции, выводит сообщение о найденной ошибке и устанавливает курсор на допущенную ошибку, или после неё. Программисту остается только внести исправления в код программы и выполнить повторную компиляцию.

Ошибки времени выполнения

Ошибки времени выполнения (run-time errors) тоже, как правило, легко устранимы. Они обычно проявляются уже при первых запусках программы, или во время тестирования. Если такую программу запустить из среды Lazarus, то она скомпилируется, но при попытке загрузки, или в момент совершения ошибки, приостановит свою работу, выведя на экран соответствующее сообщение. Например, такое:

В данном случае программа при загрузке должна была считать в память отсутствующий текстовый файл MyFile.txt. Поскольку программа вызвала ошибку, она не запустилась, но в среде Lazarus процесс отладки продолжается, о чем свидетельствует сообщение в скобках в заголовке главного меню, после названия проекта. Программисту в подобных случаях нужно сбросить отладчик командой меню «Запуск -> Сбросить отладчик«, после чего можно продолжить работу над проектом.

Ошибка времени выполнения может возникнуть не только при загрузке программы, но и во время её работы. Например, если бы попытка чтения несуществующего файла была сделана не при загрузке программы, а при нажатии на кнопку, то программа бы нормально запустилась и работала, пока пользователь не нажмет на эту кнопку.

Если программу запустить из самой Windows, при возникновении этой ошибки появится такое же сообщение. При этом если нажать «OK«, программа даже может запуститься, но корректно работать все равно не будет.

Ошибки времени выполнения бывают не только явными, но и неявными, при которых программа продолжает свою работу, не выводя никаких сообщений, а программист даже не догадывается о наличии ошибки. Примером неявной ошибки может служить так называемая утечка памяти. Утечка памяти возникает в случаях, когда программист забывает освободить выделенную под объект память. Например, мы объявляем переменную типа TStringList, и работаем с ней:

begin
  MySL:= TStringList.Create;
  MySL.Add('Новая строка');
end;
    

В данном примере программист допустил типичную для начинающих ошибку — не освободил класс TStringList. Это не приведет к сбою или аварийному завершению программы, но в итоге можно бесполезно израсходовать очень много памяти. Конечно, эта память будет освобождена после выгрузки программы (за этим следит операционная система), но утечка памяти во время выполнения программы тоже может привести к неприятным последствиям, потребляя все больше и больше ресурсов и излишне нагружая процессор. В подобных случаях после работы с объектом программисту нужно не забывать освобождать память:

begin
  MySL:= TStringList.Create;
  MySL.Add('Новая строка');
  ...; //работа с объектом
  MySL.Free; //освободили объект
end;
    

Однако ошибки времени выполнения могут случиться и во время работы с объектом. Если есть такой риск, программист должен не забывать про возможность обработки исключительных ситуаций. В данном случае вышеприведенный код правильней будет оформить таким образом:

begin
  try
    MySL:= TStringList.Create;
    MySL.Add('Новая строка');
    ...; //работа с объектом
  finally
    MySL.Free; //освободили объект, даже если была ошибка
  end;
end;
    

Итак, во избежание ошибок времени выполнения программист должен не забывать делать проверку на правильность ввода пользователем допустимых значений, заключать опасный код в блоки try…finally…end или try…except…end, делать проверку на существование открываемого файла функцией FileExists и вообще соблюдать предусмотрительность во всех слабых местах программы. Не полагайтесь на пользователя, ведь недаром говорят, что если в программе можно допустить ошибку, пользователь эту возможность непременно найдет.

Алгоритмические ошибки

Если вы не допустили ни синтаксических ошибок, ни ошибок времени выполнения, программа скомпилировалась, запустилась и работает нормально, то это еще не означает, что в программе нет ошибок. Убедиться в этом можно только в процессе её тестирования.

Тестирование — процесс проверки работоспособности программы путем ввода в неё различных, даже намеренно ошибочных данных, и последующей контрольной проверке выводимого результата.

Если программа работает правильно с одними наборами исходных данных, и неправильно с другими, то это свидетельствует о наличии алгоритмической ошибки. Алгоритмические ошибки иногда называют логическими, обычно они связаны с неверной реализацией алгоритма программы: вместо «+» ошибочно поставили «-«, вместо «/» — «*», вместо деления значения на 0,01 разделили на 0,001 и т.п. Такие ошибки обычно не обнаруживаются во время компиляции, программа нормально запускается, работает, а при анализе выводимого результата выясняется, что он неверный. При этом компилятор не укажет программисту на ошибку — чтобы найти и устранить её, приходится анализировать код, пошагово «прокручивать» его выполнение, следя за результатом. Такой процесс называется отладкой.

Отладка — процесс поиска и устранения ошибок, чаще алгоритмических. Хотя отладчик позволяет справиться и с ошибками времени выполнения, которые не обнаруживаются явно.

Подборка по базе: СиРРС 10 лекция. Байбатырова Арайлым..pdf, Зиновьев РНГМ лекция 2.pptx, 10 лекция гипотензивные ср ва при ГБ.docx, Детские ошибки. Не обращать.doc, Понятие и виды социальных санкций.docx, Тема 1.5 Лекция.pdf, Понятие, виды и структура эколог.правонарушений.docx, Раздел 3. Лекция 3.2. Формы письменной деловой коммуникации.doc, ИГМУР. Лекция №13.doc, понятие структура и виды правосознания.docx

Виды ошибок

Ошибки в программах могут допускаться от самого начального этапа составления алгоритма решения задачи до окончательного оформления программы. Разновидностей ошибок достаточно много. Рассмотрим некоторые группы ошибок и соответствующие примеры:

Синтаксические ошибки

Синтаксические ошибки зачастую выявляют уже на этапе трансляции. К сожалению, многие ошибки других видов транслятор выявить не в силах, т.к. ему не известен задуманный или требуемый результат работы программы.

Отсутствие сообщений транслятора о наличии синтаксических ошибок является необходимым условием правильности программы, но не может свидетельствовать о том, что она даст правильный результат.

Примерами синтаксических ошибок является:

• Отсутствие знака пунктуации;
• Несоответствие количества открывающих и закрывающих скобок;
• Неправильно сформированный оператор;
• Неправильная запись имени переменной;
• Ошибка в написании служебных слов;
• Отсутствие условия окончания цикла;
• Отсутствие описания массивов и т.п.

Ошибки, которые не обнаруживает транслятор

В случае правильного написания операторов в программе может присутствовать большое количество ошибок, которые транслятор не может обнаружить. Рассмотрим примеры таких ошибок:

Логические ошибки:

• После проверки заданного условия неправильно указана ветвь алгоритма;
• Неполный перечень возможных условий при решении задачи;
• Один или более блоков алгоритма в программе пропущен.

Ошибки в циклах:

• Неправильно указано начало цикла;
• Неправильно указаны условия окончания цикла;
• Неправильно указано количество повторений цикла;
• Использование бесконечного цикла.

Ошибки ввода-вывода; Ошибки при работе с данными:

• Неправильно задан тип данных;
• Организовано считывание меньшего или большего объёма данных, чем нужно;
• Неправильно отредактированы данные.

Ошибки в использовании переменных:

• Используются переменных, для которых не указаны начальные значения;
• Ошибочно указана одна переменная вместо другой.

Ошибки при работе с массивами:

• Пропущено предварительное обнуление массивов;
• Неправильное описание массивов;
• Индексы массивов следуют в ошибочном порядке.

Ошибки в арифметических операциях:

• Неправильное использование типа переменной (например, для сохранения результата деления используется целочисленная переменная);
• Неправильно определён порядок действий;
• Выполняется деление на нуль;
• При расчёте выполняется попытка извлечения квадратного корня из отрицательного числа;
• Не учитываются значащие разряды числа.

Классификация ошибок

Ошибку можно отнести к одному из ниже перечисленных классов:

  — системные ошибки;

—   ошибки в выборе алгоритма;

—   алгоритмические ошибки;

—   технологические ошибки;

—   программные ошибки.

Системные ошибки в большом (сложном) программном обес­печении определяются, прежде всего неполной информацией о реальных процессах, происходящих в источниках и потребителях информации.

На начальных стадиях проектирования ПО не всегда удаётся точно сформулировать целевую задачу всей системы и требования к ней. В процессе проектирования ПО целевая функция системы уточняется и выявляются отклонения от уточнённых требований, которые могут квалифицироваться как системные ошибки.

Некачественное определение требований к программе при­водит к созданию программы, которая будет правильно решать неверно сформулированную задачу. В таких случаях, как правило, требуется полное перепрограммирование.

Признаком того, что создаваемая для заказчика программа может оказаться не соответствующей его истинным потреб­ностям, служит ощущение неясности задачи. Письменная ре­гистрация требований к программе заставляет заказчика соб­раться с мыслями и дать достаточно точное определение тре­бований. Всякие устные указания являются заведомо ненадеж­ными и часто приводят к взаимному недопониманию.

При автономной и в начале комплексной отладки ПО доля найденных системных ошибок в нем невелика (примерно 10%), но она существенно возрастает (до 35—40%) на завершающих этапах комплексной отладки. В процессе эксплуатации преоб­ладающими являются системные ошибки (примерно 80% всех ошибок). Следует отметить также большое количество команд и групп программ, которые корректируются при исправлении каждой системной ошибки.

Ошибки в выборе алгоритма. В настоящее время накоплен значительный фонд алгоритмов для решения типовых задач.

К сожалению, часто плохой выбор алгоритма становится очевидным лишь после его опробования. Поэтому все же следует уделять внимание и время выбору алгоритма, с тем, чтобы впоследствии не приходилось переделывать каждую программу.

Во избежание выбора некорректных алгоритмов, необходимо хорошо ознакомиться с литературой по своей специальности.

К алгоритмическим ошибкам следует отнести, прежде всего, ошибки, обусловленные некорректной постановкой функцио­нальных задач, когда в спецификациях не полностью оговорены все условия, необходимые для получения правильного результата. Эти условия формируются и уточняются в значительной части в процессе тестирования и выявления ошибок в результатах функ­ционирования программ.

К алгоритмическим ошибкам следует отнести также ошибки связей модулей и функциональных групп программ. Их можно квалифицировать как ошибки некорректной постановки задачи. Алгоритмические ошибки проявляются в неполном учете диапазонов изменения переменных, в неправильной оценке точности используемых и получаемых величин, в неправильном учете связи между различными переменными, в неадекватном представлении формализованных условий решения задачи в спе­цификациях или схемах, подлежащих программированию и т.д. Эти обстоятельства являются причиной того, что для исправ­ления каждой алгоритмической ошибки приходится изменять иногда целые ветви программного обеспечения, т.е. пока еще существенно больше операторов, чем при исправлении прог­раммных ошибок.

Алгоритмические ошибки значительно труднее поддаются обнаружению методами формализованного автоматического контроля. Вот почему необходимо тщательным образом проду­мывать алгоритм прежде, чем транслировать его в программу.

Некоторые программисты проверяют алгоритм следующим образом. Через несколько дней после составления алгоритма они повторно обращаются к описанию задачи и составляют алгоритм заново. Затем сличают оба варианта. Такой шаг на первый взгляд может показаться пустой тратой времени, однако всякая ошибка на уровне алгоритма может в дальнейшем обернуться катаст­рофой и повлечь основательный пересмотр программы.

Технологические ошибки — это ошибки документации и фик­сирования программ в памяти ЭВМ. Они составляют 5—10 % от общего числа ошибок, обнаруживаемых при отладке. Боль­шинство технологических ошибок выявляются автоматически формализованными методами (например, транслятором).

Программные ошибки. Языки программирования — это ис­кусственные языки, созданные человеком для описания алго­ритмов. Все предложения таких языков строятся по строгим синтаксическим правилам, обеспечивающим однозначное их понимание, что позволяет поручать расшифровку алгоритма ЭВМ, построенного по правилам семантики.

Синтаксис — это набор правил построения из символов алфавита специальных конструкций, с помощью которых можно составлять различные алгоритмы (программы). Эти правила требуют их неукоснительного соблюдения. В противном случае будет нарушен основной принцип —  четкая и строгая одноз­начность в понимании алгоритма.

Семантика языка — это система правил истолкования пост­роений конструкций. Например, если фрагмент конструкции имеет вид А*(В + С), то правила семантики предписывают, что сначала выполняется сложение величин В и С, а затем результат умножается на величину А. Правила семантики (смысла) конст­рукций обычно вполне естественны и понятны, но в некоторых случаях их надо специально оговаривать, комментировать.

Таким образом, программы, позволяющие однозначно производить процесс переработки данных, составляются с помощью соединения символов из алфавита в предложения в соответствии с синтаксическими правилами, определяющими язык, с учетом правил семантики.

Итак, выделяют синтаксические и семантические ошибки.

Под синтаксическими ошибками понимается нарушение пра­вил записи программ на данном языке программирования. Они выявляются самой машиной, точнее транслятором, во время пе­ревода записи алгоритма на язык машины. Исправление их осу­ществляется просто — достаточно сравнить формат исправляемой конструкции с синтаксисом в справочнике и исправить его.

Семантические (смысловые) ошибки — это применение опе­раторов, которые не дают нужного эффекта (например, а—в вместо а+в), ошибка в структуре алгоритма, в логической взаи­мосвязи его частей, в применении алгоритма к тем данным, к которым он неприменим и т.д. Правила семантики не фор­мализуемы. Поэтому поиск и устранение семантической ошибки и составляет основу отладки.

Программные ошибки по количеству и типам в первую очередь определяются степенью автоматизации программиро­вания и глубиной формализованного контроля текстов программ.

Число программных ошибок зависит также от квалификации программистов, от общего объема комплекса программ, от глубины логического и информационного взаимодействия моду­лей и от ряда других факторов.

Каждая программная ошибка влечет за собой необходимость изменения команд существенно меньше, чем при алгоритми­ческих и системных ошибках. На этапах комплексной отладки ПО и эксплуатации удельный вес программных ошибок падает и составляет примерно 15 и 30 % соответственно от общего коли­чества ошибок, выявляемых в единицу времени.

Привет, Вы узнаете про дефекты ошибки, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое
дефекты ошибки, риски в жизненном цикле программных средств , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Качество и тестирование программного обеспечения. Quality Assurance..

10.1. Общие особенности дефектов, ошибок и рисков в сложных программных средствах

10.2. Причины и свойства дефектов, ошибок и модификаций в сложных программных средствах

10.3. Риски в жизненном цикле сложных программных средств

10.4. Риски при формировании требований к характеристикам сложных программных средств

Статистика ошибок и дефектов в комплексах программ и их характеристики в конкретных типах проектов ПС могут служить ориентирами для разработчиков при распределении ресурсов в жизненном цикле ПС и предохранять их от излишнего оптимизма при оценке достигнутого качества программных продуктов. Источниками ошибок в ПС являются специалисты — конкретные люди с их индивидуальными особенностями, квалификацией, талантом и опытом. При этом можно выделить предсказуемые модификации, расширения и совершенствования ПС и изменения, обусловленные выявлением случайных, непредсказуемых дефектов и ошибок. Вследствие этого плотность потоков и размеры необходимых корректировок в модулях и компонентах при разработке и сопровождении ПС могут различаться в десяток раз. Однако в крупных комплексах программ статистика и распределение типов выполняемых изменений для коллективов разных специалистов нивелируются и проявляются достаточно общие закономерности, которые могут использоваться как ориентиры при их выявлении и систематизации. Этому могут помогать оценки типовых дефектов, модификаций и корректировок путем их накопления и обобщения по опыту создания определенных классов ПС в конкретных предприятиях.

К понятию «риски» относятся негативные события и их величины, отражающие потери, убытки или ущерб от процессов или продуктов, вызванные дефектами при проектировании требований, недостатками обоснования проектов ПС, а также при последующих этапах разработки, реализации и всего жизненного цикла комплексов программ. В ЖЦ ПС не всегда удается достигнуть требуемого положительного эффекта и может проявляться некоторый ущерб — риск в создаваемых проектах, программных продуктах и их характеристиках. Риски проявляются, как негатив-ные последствия дефектов функционирования и применения ПС, которые способны нанести ущерб системе, внешней среде или пользователю в результате отклонения характеристик объектов или процессов от заданных требованиями заказчика, согласованными с разработчиками.

Оценки качества программных средств могут проводиться с двух позиций: с позиции положительной эффективности и непосредственной адекватности их характеристик назначению, целям создания и применения, а также с негативной позиции возможного при этом ущерба — риска от использования ПС или системы. Показатели качества преимущественно отражают положительный эффект от применения системы или ПС и основная задача разработчиков проекта состоит в обеспечении высоких значений качества. Риски характеризуют возможные негативные последствия дефектов или ущерб пользователей при применении и функционировании ПС и системы, и задача разработчиков сводится к сокращению дефектов и ликвидации рисков. Поэтому методы и системы управления качеством в жизненном цикле ПС близки к методам анализа и управления рисками проектов комплексов программ, они должны их дополнять и совместно способствовать совершенствованию программных продуктов и систем на их основе.

Характеристики дефектов и рисков непосредственно связаны с достигаемой корректностью, безопасностью и надежностью функционирования программ и помогают:

• оценивать реальное состояние проекта и планировать необходимую трудоемкость и длительность для его положительного завершения;

• выбирать методы и средства автоматизации тестирования и отладки программ, адекватные текущему состоянию разработки и сопровождения ПС, наиболее эффективные для устранения определенных видов дефектов и рисков;

• рассчитывать необходимую эффективность контрмер и дополнительных средств оперативной защиты от потенциальных дефектов и невыявленных ошибок;

— оценивать требующиеся ресурсы ЭВМ по расширению памяти и производительности, с учетом затрат на реализацию контрмер при модификации и устранении ошибок и рисков.

Понятие ошибки в программе — в общем случае под ошибкой подразумевается неправильность, погрешность или неумышленное искажение объекта или процесса, что может быть причиной ущерба —риска при функционировании и применении программы. При этом предполагается, что известно правильное, эталонное состояние объекта или процесса, по отношению к которому может быть определено наличие отклонения — ошибки или дефекта. Исходным эталоном для любого ПС являются спецификация требований заказчика или потенциального пользователя, предъявляемых к программам. Подобные документы устанавливают состав, содержание и значения результатов, которые должен получать пользователь при определенных условиях и исходных данных. Любое отклонение результатов функционирования программы от предъявляемых к ней требований и сформированных по ним эталонов-тестов, следует квалифицировать как ошибку — дефект в программе, наносящий некоторый ущерб. Различия между ожидаемыми и полученными результатами функционирования программ могут быть следствием ошибок не только в созданных программах, но и ошибок в первичных требованиях спецификаций, явившихся базой при создании эталонов-тестов. Тем самым проявляется объективная реальность, заключающаяся в невозможности абсолютной корректности и полноты исходных спецификаций и эталонов для сложных проектов ПС.

На практике в процессе ЖЦ ПС исходные требования поэтапно уточняются, модифицируются, расширяются и детализируются по согласованию между заказчиком и разработчиком. Базой таких уточнений являются неформализованные представления и знания специалистов-заказчиков и разработчиков, а также результаты промежуточных этапов проектирования. Однако установить некорректность таких эталонов еще труднее, чем обнаружить дефекты в сопровождаемых программах, так как принципиально отсутствуют формализованные данные, которые можно использовать как исходные. В процессе декомпозиции и верификации исходной спецификации требований на ПС возможно появление ошибок в спецификациях на группы программ и на отдельные модули. Это способствует расширению спектра возможных дефектов и вызывает необходимость со-

здания гаммы методов и средств тестирования для выявления некорректностей в спецификациях на компоненты разных уровней.

Важной особенностью процесса выявления ошибок в программах является отсутствие полностью определенной программы-эталона, которой должны соответствовать текст и результаты функционирования разрабатываемой программы. Поэтому установить наличие и локализовать дефект непосредственным сравнением с программой без ошибок в большинстве случаев невозможно. При отладке и тестировании обычно сначала обнаруживаются вторичные ошибкиириски, т.е. последствия и результаты проявления некоторых внутренних дефектов или некорректностей программ (рис. 10.1). Эти внутренние дефекты следует квалифицировать как первичные ошибки или причины обнаруженных аномалий результатов. Последующая локализация и корректировка таких первичных ошибок должна приводить к устранению ошибок, первоначально обнаруживаемых в результатах функционирования программ.

Потери эффективности и риски программ за счет неполной корректности в первом приближении можно считать прямо пропорциональными (с коэффициентом) вторичным ошибкам в выходных результатах. Типичным является случай, когда одинаковые по величине и виду вторичные ошибки в различных результирующих данных существенно различаются по своему воздействию на общую эффективность и риски применения комплекса программ. Это влияние вторичных ошибок, в лучшем случае, можно оценить методами экспертного анализа при условии предварительной, четкой классификации видов возможных первичных ошибок в программах и выходных величин. Таким образом, оценка последствий, отражающихся на вторичных ошибках и функционировании программ, может, в принципе, производиться по значениям ущерба — риска вследствие неустраненных их причин — первичных ошибок в программе. Вторичные ошибки являются определяющими для эффективности функционирования программ, однако не каждая первичная ошибка вносит заметный вклад в выходные результаты. Вследствие этого ряд первичных ошибок может оставаться необнаруженным и, по существу, не влияет на функциональные характеристики ПС.

Появление ошибок в программах, естественно, предшествует их обнаружению и устранению на основе вторичных проявлений. Наибольшее число первичных ошибок вносится на этапах системного анализа и разработки модификаций программ. При этом на долю системного анализа приходятся наиболее сложные для обнаружения и устранения дефекты. На последующих этапах разработки изменений ПС ошибки вносятся и устраняются в программах в процессе их корректировки по результатам тестирования. Общие тенденции состоят в быстром росте затрат на выполнение каждого изменения на последовательных этапах процессов модификации программ.

При системном анализе модификаций интенсивность обнаружения ошибок относительно невелика, и ее трудно выделить из процесса проектирования ПС. Интенсивность проявления и обнаружения вторичных ошибок наиболее велика на этапе активного тестирования и автономной отладки программных компонентов. Затем она снижается приблизительно экспоненциально. Различия интенсивностей устранения первичных ошибок, на основе их вторичных проявлений, и внесения первичных ошибок

при корректировках программ определяют скорость достижения заданного качества версий ПС. Уровень серьезности последствий ошибок варьирует от классов проектов и от предприятия, но, в общем, можно разделить ошибки на три уровня.

Небольшими ошибками называют такие, на которые средний пользователь не обратит внимания при применении ПС вследствие отсутствия их проявления и последствия которых обычно так и не обнаруживаются. Небольшие ошибки могут включать орфографические ошибки на экране, пропущенные разделы в справочнике и другие мелкие проблемы. Такие ошибки никогда не помешают выпуску и применению версии системы и программного продукта. По десятибалльной шкале рисков небольшие ошибки находятся в пределах от 1 до 3-го приоритета (см. ниже).

Умеренными ошибками называют те, которые влияют на конечного пользователя, но имеются слабые последствия или обходные пути, позволяющие сохранить достаточную функциональность ПС. Это такие дефекты, как неверные ссылки на страницах, ошибочный текст на экране и даже сбои, если эти сбои трудно воспроизвести и они не оказывают влияния на существенное число пользователей. Некоторые умеренные ошибки, возможно, проникают в конечный программный продукт. Ошибки, которые можно исправить на этом уровне, следует исправлять, если на это есть время и возможность. По десятибалльной шкале умеренные ошибки находятся в диапазоне от 4 до 7-го приоритета.

Критические ошибки останавливают выпуск версии программного продукта. Это могут быть ошибки с высоким влиянием, которые вызывают сбой в системе или потерю данных, отражаются на надежности и безопасности применения ПС, с которыми никогда не передается комплекс программ пользователю. По десятибалльной шкале — от 8 до 10-го приоритета.

Совокупность ошибок, дефектов и последствий модификаций проектов крупномасштабных комплексов программ можно упорядочить и условно представить в виде перевернутой пирамиды в зависимости от потенциальной опасности и возможной величины корректировок их последствий — рис. 10.2. В верхней части перечня расположены модификации, дефекты и ошибки, последствия которых обычно требуют наибольших затрат ресурсов для реализации изменений, и они постепенно сокращаются при снижении по перечню. Такое представление величины типов корректировок программ и данных полезно использовать как ориентир для учета необходимых ресурсов при разработке и сопровождении ПС, однако оно может содержать значительные отклонения при упорядочении статистических данных реальных проектов. Каждому типу корректировок соответствует более или менее определенная категория специалистов, являющихся источником изменений данного типа (таблица 10.1). Такую корреляцию целесообразно рассматривать и учитывать как общую качественную тенденцию при анализе и поиске их причин.

Таблица 10.1

10.2. Причины и свойства дефектов, ошибок и модификаций в сложных программных средствах

Одной из основных причин изменений комплексов программ являются организационные дефекты при модификации и расширении функций ПС, которые отличаются от остальных типов и условно могут быть выделены как самостоятельные (см. рис. 10.2). Ошибки и дефекты данного типа появляются из-за недостаточного понимания коллективом специалистов технологии процесса ЖЦ ПС, а также вследствие отсутствия четкой его организации и поэтапного контроля качества продуктов и изменений. Это порождается пренебрежением руководителей к организации всего

технологического процесса ЖЦ сложных ПС и приводит к серьезной недооценке его дефектов, а также трудоемкости и сложности модификаций. При отсутствии планомерной и методичной разработки и тестирования изменений ПС остается невыявленным значительное количество ошибок, и, прежде всего, дефекты взаимодействия отдельных функциональных компонентов между собой и с внешней средой. Для сокращения этого типа массовых ошибок активную роль должны играть лидеры — менеджеры и системотехники, способные вести контроль и конфигурационное управление требованиями, изменениями и развитием версий и компонентов ПС.

Изменения характеристик системы и внешней среды, принятые в процессе разработки ПС за исходные, могут быть результатом аналитических расчетов, моделирования или исследования аналогичных систем. В ряде случаев может отсутствовать полная адекватность предполагаемых и реальных характеристик, что является причиной сложных и трудно обнаруживаемых системных ошибок и дефектов развития проекта. Ситуация с такими ошибками дополнительно усложняется тем, что эксперименты по проверке взаимодействия ПС с реальной внешней средой во всей области изменения параметров зачастую сложны и дороги, а в отдельных случаях, при создании опасных ситуаций, недопустимы. В этих случаях приходится использовать моделирование и имитацию внешней среды с заведомым упрощением ее отдельных элементов и характеристик, хотя степень упрощения не всегда удается оценить с необходимой точностью. Однако полной адекватности моделей внешней среды и реальной системы добиться трудно, а во многих случаях и невозможно, что может являться причиной значительного числа крупных дефектов.

Первичные ошибки в программах проектов можно анализировать с разной степенью детализации и в зависимости от различных факторов. Практический опыт показал, что наиболее существенными факторами, влияющими на характеристики обнаруживаемых ошибок, являются’.

• методология, технология и уровень автоматизации системного и структурного проектирования ПС, а также непосредственного программирования компонентов;

• длительность с начала процесса тестирования и текущий этап разработки или сопровождения и модификации комплекса программ;

• класс ПС, масштаб (размер) и типы компонентов, в которых обнаруживаются ошибки;

• методы, виды и уровень автоматизации верификации и тестирования, их адекватность характеристикам компонентов и потенциально возможным в программах ошибкам;

• виды и достоверность эталонов-тестов, которые используются для обнаружения ошибок.

Первичные ошибки в ПС в порядке уменьшения их влияния на сложность обнаружения и масштабы корректировок можно разделить на следующие группы (см. рис. 10.2):

• ошибки, обусловленные сложностью компонентов и ПС в целом и наиболее сильно влияющие на размеры модификаций;

• ошибки вследствие большого масштаба — размера комплекса программ, а также высоких требований к его качеству;

• ошибки планирования и корректности требований модификаций часто могут быть наиболее критичным для общего успеха ЖЦ ПС и системы;

• ошибки проектирования, разработки структуры и функций ПС в более полные и точные технические описания сценариев того, как комплекс программ и система будут функционировать;

• системные ошибки, обусловленные отклонением функционирования ПС в реальной системе, и характеристик внешних объектов от предполагавшихся при проектировании;

• алгоритмические ошибки, связанные с неполным формированием необходимых условий решения и некорректной постановкой целей функциональных задач;

• ошибки реализации спецификаций изменений — программные дефекты, возможно, ошибки нарушения требований или структуры компонентов ПС;

• программные ошибки, вследствие неправильной записи текстов программ на языке программирования и ошибок трансляции текстов изменений программ в объектный код;

• ошибки в документации, которые наиболее легко обнаруживаются и в наименьшей степени влияют на функционирование и применение версий ПС;

• технологические ошибки подготовки физических носителей и документации, а также ввода программ в память ЭВМ и вывода результатов на средства отображения.

Сложность проявления, обнаружения и устранения ошибок значительно конкретизируется и становится измеримой, когда устанавливается связь этого понятия с конкретными ресурсами, необходимыми для решения соответствующей задачи, и возможными проявлениями дефектов. При разработке и сопровождении программ основным лимитирующим ресурсом обычно являются допустимые трудозатраты специалистов, а также ограничения на сроки разработки, параметры ЭВМ, технологию проектирования корректировок ПС. Показатели сложности при анализе можно разделить на две большие группы:

• сложность ошибок при создании корректировок компонентов и комплекса программ — статическая сложность, когда реализуются его требуемые функции, вносятся основные дефекты и ошибки;

• сложность проявления ошибок функционирования программ и получения результатов — динамическая сложность, когда проявляются дефекты и ошибки, отражающиеся на функциональном назначении, рисках и качестве применения версии ПС.

К группе факторов, влияющих на сложность ошибок комплексов программ, относятся:

• величина — размер модифицируемой программы, выраженная числом строк текста, функциональных точек или количеством программных модулей в комплексе;

• количество обрабатываемых переменных или размер и структура памяти, используемой для размещения базы данных корректировок;

• трудоемкость разработки изменений комплекса программ;

• длительность разработки и реализации корректировок;

• число специалистов, участвующих в ЖЦ комплекса программ.

Некоторые из перечисленных параметров коррелированы между собой, причем определяющими часто являются размер изменений программы и объем базы данных. Остальные характеристики можно рассматривать как вторичные, однако они могут представлять самостоятельный интерес при анализе сложности и прогнозировании вероятного числа дефектов в измененной программе. Сложность ошибок комплексов программ целесообразно анализировать на базе трех наиболее специфических компонентов:

— сложность ошибок изменяемых программных компонентов и модулей определяется конструктивной сложностью модификации оформ-

ленного компонента программы и может быть оценена с позиции сложности внутренней структуры и преобразования данных в каждом модуле, а также интегрально по некоторым внешним статистическим характеристикам размеров модулей;

• сложность ошибок корректировок структуры комплекса или компонентов и связей между модулями по передачам управления и по обмену информацией определяется глубиной взаимодействия модулей и регулярностью структуры межмодульных связей;

• сложность ошибок изменения структуры данных определяется количеством и структурой глобальных и обменных переменных в базе данных, регулярностью их размещения в массивах, а также сложностью доступа к этим данным.

Масштаб —размер комплексов программ и их изменяемой части наиболее сильно влияет на количество ошибок, а также на требования к качеству ПС (см. лекцию 5). Качество откорректированного ПС характеризуется многими показателями, состав которых зависит от класса и конкретного назначения комплекса программ. Ниже предполагается, что всегда модификации ПС соответствуют заданному функциональному назначению и основным требованиям заказчика к их качеству. По мере увеличения размера и повышения требований к качеству ПС и его корректировкам затраты на обнаружение и устранение ошибок ПС увеличиваются все более высокими темпами. Одновременно расширяется диапазон неопределенности достигаемого качества. В зоне высокого качества программ возрастают трудности измерения этих характеристик, что может приводить к необходимости изменения затрат в несколько раз в зависимости от применяемых методов и результатов оценки качества ПС . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Вследствие этого в ЖЦ сложных и сверхсложных ПС всегда велики проявления неустраненных ошибок и недостаточна достоверность оценок достигнутого качества.

Ошибки корректности формирования и планирования выполнения требований к ПС часто считаются наиболее критичными для общего успеха версий программного продукта и системы. Ошибки требований являются наиболее трудными для обнаружения и наиболее сложными для исправления. Вот почему исправление ошибок требований может быть в 15—70 раз дороже, чем ошибок их программирования. Требование к изме-

нению может быть пропущено в спецификации к системе и ПС. Это ведет к неудовлетворенности пользователя, и программа считается заказчиком и пользователем ошибочной. Пропуск некоторых требований — это наиболее обычная проблема среди ошибок требований. Ошибка требований может представлять собой конфликтующие требования в спецификации модификаций. Например, два требования, которым необходимо следовать, имеют противоположный смысл. Может проявляться неопределенность требований — такой способ формулирования требования, что даже если и не конфликтует с другим требованием, оно выражено недостаточно ясно, чтобы привести к единственному, конструктивному решению при разработке изменения. Конечный пользователь часто называет это ошибкой, хотя на самом деле это выбор конструктивного решения на основе неполного или неопределенного требования. Многочисленные исследования показали, что ошибки требований дороже всего исправить и труднее всего обнаружить.

Ошибки проектирования и разработки структуры ПС определяются процессами перевода неопределенных и общих положений, сделанных на стадии спецификаций требований, в более точные технические описания сценариев того, как измененные ПС и система должны работать. Ошибки структуры легче обнаружить, чем ошибки требований, но они в конечном итоге могут оказаться при корректировках такими же дорогостоящими. Главная причина того, что ошибки структуры дорого исправлять, состоит в том, что они могут влиять на систему в целом. Исправление изменений всей системы сложнее, и при этом возникает большая опасность занести новые ошибки, чем при исправлении нескольких нарушенных строк кода или при замене одного модуля.

Ошибки структуры можно разделить на три категории: пропуски, конфликты и ошибки перевода. Пропуски означают неспособность включить изменения одного или более требований в окончательную структуру ПС. Когда пропуск новой функции или компонента попадает в окончательную структуру, он станет ошибкой в конечном программном продукте. Конфликты возникают, когда модификация двух различных, конструктивных свойств имеют конфликтующую структуру. Это может происходить в случае явного конфликта, когда в структуре установлено, что файл может быть открыт двумя разными людьми в одно и то же время, тогда

как в базовом классе определяется только однопользовательский доступ. Ошибки, которые основаны на конфликтах на этом уровне, часто невозможно исправить без полного переписывания модулей версии ПС.

Ошибки перевода — наиболее коварные среди всех ошибок структурного уровня. Они проявляются, когда требования заказчика интерпретируются неправильно, по крайней мере, с точки зрения конечного пользователя. Если разработчик структуры либо неверно прочитает требования, либо не увидит содержание требования, так же как конечный пользователь, появится ошибка разработки структуры данного компонента или ПС.

Системные ошибки в ПС определяются, прежде всего, неполной информацией о реальных процессах, происходящих в источниках и потребителях информации. Кроме того, эти процессы зачастую зависят от самих алгоритмов и поэтому не могут быть достаточно определены и описаны заранее без исследования изменений функционирования ПС во взаимодействии с внешней средой. На начальных этапах не всегда удается точно и полно сформулировать целевую задачу всей системы, а также целевые задачи основных групп программ, и эти задачи уточняются в процессе проектирования. В соответствии с этим уточняются и конкретизируются спецификации на отдельные компоненты и выявляются отклонения от уточненного задания, которые могут квалифицироваться как системные ошибки.

Характеристики внешних объектов, принятые в качестве исходных данных в процессе разработки алгоритмов, могут являться результатом аналитических расчетов, моделирования или исследования аналогичных систем. Во всех случаях может отсутствовать полная адекватность условий получения предполагаемых и реальных характеристик внешней среды, что является причиной сложных и трудно обнаруживаемых ошибок. Это усугубляется тем, что очень часто невозможно заранее предусмотреть все разнообразие возможных внешних условий и реальных сценариев функционирования и применения версий программного продукта.

При автономной и в начале комплексной отладки версий ПС относительная доля системных ошибок может быть невелика (около 10%), но она существенно возрастает (до 35—40%) на завершающих этапах комплексной отладки новых базовых версий ПС. В процессе сопровождения системные ошибки являются преобладающими (около 60—80% от всех оши-

бок). Следует также отметить большое количество команд, корректируемых при исправлении каждой такой ошибки (около 20—50 команд на одну ошибку).

Алгоритмические ошибки программ трудно поддаются обнаружению методами статического автоматического контроля. Трудность их обнаружения и локализация определяется, прежде всего, отсутствием для многих логических программ строго формализованной постановки задачи, полной и точной спецификации, которую можно использовать в качестве эталона для сравнения результатов функционирования программ. К алгоритмическим ошибкам следует отнести, прежде всего, ошибки, обусловленные некорректной постановкой требований к функциональным задачам, когда в спецификациях не полностью оговорены все условия, необходимые для получения правильного результата. Эти условия формируются и уточняются в значительной части в процессе тестирования и выявления ошибок в результатах функционирования программ. Ошибки, обусловленные неполным учетом всех условий решения задач, являются наиболее частыми в этой группе и составляют до 50—70% всех алгоритмических ошибок.

К алгоритмическим ошибкам следует отнести также ошибки интерфейса модулей и функциональных групп программ, когда информация, необходимая для функционирования некоторой части программы, оказывается не полностью подготовленной программами, предшествующими по времени включения, или неправильно передаются информация и управление между взаимодействующими модулями. Этот вид ошибок составляет около 10% от общего количества, и их можно квалифицировать как ошибки некорректной постановки задач. Алгоритмические ошибки проявляются в неполном учете диапазонов изменения переменных, в неправильной оценке точности используемых и получаемых величин, в неправильном учете корреляции между различными переменными, в неадекватном представлении формализованных условий решения задачи в виде частных спецификаций или блок-схем, подлежащих программированию. Эти обстоятельства являются причиной того, что для исправления каждой алгоритмической ошибки приходится изменять в среднем около 20 команд (строк текста), т.е. существенно больше, чем при программных ошибках.

Особую, весьма существенную, часть алгоритмических ошибок в системах реального времени, при сопровождении составляют просчеты в

использовании доступных ресурсов вычислительной системы. Получающиеся при модификации программ попытки превышения использования выделенных ресурсов следует квалифицировать как ошибку, так как затем всегда следует корректировка с целью удовлетворения имеющимся ограничениям. Одновременная разработка множества модулей различными специалистами затрудняет оптимальное и сбалансированное распределение ограниченных ресурсов ЭВМ по

продолжение следует…

Продолжение:

Часть 1 10 дефекты, ошибки и риски в жизненном цикле программных средств
Часть 2 Сокращение или ликвидация опасных рисков пс: — дефекты, ошибки…
Часть 3 — дефекты, ошибки и риски в жизненном цикле программных…

Отладка программ

Введение

Успешное завершение процесса компиляции не означает, что в программе нет ошибок. Убедиться, что программа работает правильно, можно только в процессе проверки ее работоспособности, который называется тестирование. Обычно программа редко сразу начинает работать так, как надо, или работает правильно только на некотором ограниченном наборе исходных данных. Это свидетельствует о том, что в программе есть алгоритмические ошибки. Процесс поиска и устранения ошибок называется отладкой

Классификация ошибок

Введение

Ошибки, которые могут быть в программе, принято делить на три группы:

• синтаксические;
• ошибки времени выполнения;
• алгоритмические.

Синтаксические ошибки

Синтаксические ошибки, их также называют ошибками времени компиляции (Compile-time error), наиболее легко устранимы. Их обнаруживает компилятор, а программисту остается внести изменения в текст программы и выполнить повторную компиляцию.

Ошибки времени выполнения

Ошибки времени выполнения, они называются исключениями (Exception), тоже, как правило, легко устранимы. Они обычно проявляются уже при первых запусках программы и во время тестирования

При возникновении ошибки в программе, запущенной из ИСР, среда прерывает работу программы и в окне сообщений дает информацию о типе ошибки.

После возникновения ошибки программист может либо прервать выполнение программы, либо продолжить ее выполнение, например, по шагам, наблюдая результат выполнения каждой инструкции.

Если программа запущена из Windows, то при возникновении ошибки на экране также появляется сообщение об ошибке, но тип ошибки (исключения) в сообщении не указывается. После щелчка на кнопке ОК программа, в которой проявилась ошибка, продолжает (если сможет) работу.

Алгоритмические ошибки

С алгоритмическими ошибками дело обстоит иначе. Компиляция программы, в которой есть алгоритмическая ошибка, завершается успешно. При пробных запусках программа ведет себя нормально, однако при анализе результата выясняется, что он неверный. Для того чтобы устранить алгоритмическую ошибку, приходится анализировать алгоритм, вручную “прокручивать” его выполнение.

Предотвращение и обработка ошибок

В программе во время ее работы могут возникать ошибки, причиной которых, как правило, являются действия пользователя. Например, пользователь может ввести неверные данные или, что бывает довольно часто, удалить нужный программе файл. Нарушение в работе программы называется исключением. Обработку исключений (ошибок) берет на себя автоматически добавляемый в выполняемую программу код, который обеспечивает, в том числе, вывод информационного сообщения.

FPC и ИСР предоставляют программисту мощные средства:

• Компилятор с регулируемыми опциями.

Отладчик для поиска и устранения ошибок в программе. Отладчик позволяет выполнять трассировку программы, наблюдать значения переменных, контролировать выводимые программой данные.