Как проявляются ошибки выполнения программы

Отладка программы — один их самых сложных этапов разработки программного обеспечения, требующий глубокого знания:

•специфики управления используемыми техническими средствами,

•операционной системы,

•среды и языка программирования,

•реализуемых процессов,

•природы и специфики различных ошибок,

•методик отладки и соответствующих программных средств. 

Отладка — это процесс локализации и исправления ошибок, обнаруженных при тестировании программного обеспечения. Локализацией называют процесс определения оператора программы, выполнение которого вызвало нарушение нормального вычислительного процесса. Доя исправления ошибки необходимо определить ее причину, т. е. определить оператор или фрагмент, содержащие ошибку. Причины ошибок могут быть как очевидны, так и очень глубоко скрыты.

Вцелом сложность отладки обусловлена следующими причинами:

•требует от программиста глубоких знаний специфики управления используемыми техническими средствами, операционной системы, среды и языка программирования, реализуемых процессов, природы и специфики различных ошибок, методик отладки и соответствующих программных средств;

•психологически дискомфортна, так как необходимо искать собственные ошибки и, как правило, в условиях ограниченного времени;

•возможно взаимовлияние ошибок в разных частях программы, например, за счет затирания области памяти одного модуля другим из-за ошибок адресации;

•отсутствуют четко сформулированные методики отладки.

Всоответствии с этапом обработки, на котором проявляются ошибки, различают (рис. 10.1):

    синтаксические ошибки — ошибки, фиксируемые компилятором (транслятором, интерпретатором) при выполнении синтаксического и частично семантического анализа программы; ошибки компоновки — ошибки, обнаруженные компоновщиком (редактором связей) при объединении модулей программы;

    ошибки выполнения — ошибки, обнаруженные операционной системой, аппаратными средствами или пользователем при выполнении программы.

Синтаксические ошибки. Синтаксические ошибки относят к группе самых простых, так как синтаксис языка, как правило, строго формализован, и ошибки сопровождаются развернутым комментарием с указанием ее местоположения. Определение причин таких ошибок, как правило, труда не составляет, и даже при нечетком знании правил языка за несколько прогонов удается удалить все ошибки данного типа.

Следует иметь в виду, что чем лучше формализованы правила синтаксиса языка, тем больше ошибок из общего количества может обнаружить компилятор и, соответственно, меньше ошибок будет обнаруживаться на следующих этапах. В связи с этим говорят о языках программирования с защищенным синтаксисом и с незащищенным синтаксисом. К первым, безусловно, можно отнести Pascal, имеющий очень простой и четко определенный синтаксис, хорошо проверяемый при компиляции программы, ко вторым — Си со всеми его модификациями. Чего стоит хотя бы возможность выполнения присваивания в условном операторе в Си, например:

if (c = n) x = 0; /* в данном случае не проверятся равенство с и n, а выполняется присваивание с значения n, после чего результат операции сравнивается с нулем, если программист хотел выполнить не присваивание, а сравнение, то эта ошибка будет обнаружена только на этапе выполнения при получении результатов, отличающихся от ожидаемых */ 

Ошибки компоновки. Ошибки компоновки, как следует из названия, связаны с проблемами,

обнаруженными при разрешении внешних ссылок. Например, предусмотрено обращение к подпрограмме другого модуля, а при объединении модулей данная подпрограмма не найдена или не стыкуются списки параметров. В большинстве случаев ошибки такого рода также удается быстро локализовать и устранить.

    Ошибки выполнения. К самой непредсказуемой группе относятся ошибки выполнения. Прежде всего они могут иметь разную природу, и соответственно по-разному проявляться. Часть ошибок обнаруживается и документируется операционной системой. Выделяют четыре способа проявления таких ошибок:

• появление сообщения об ошибке, зафиксированной схемами контроля выполнения машинных команд, например, переполнении разрядной сетки, ситуации «деление на ноль», нарушении адресации и т. п.;

•появление сообщения об ошибке, обнаруженной операционной системой, например, нарушении защиты памяти, попытке записи на устройства, защищенные от записи, отсутствии файла с заданным именем и т. п.;

•«зависание» компьютера, как простое, когда удается завершить программу без перезагрузки операционной системы, так и «тяжелое», когда для продолжения работы необходима перезагрузка;

•несовпадение полученных результатов с ожидаемыми.

Примечание. Отметим, что, если ошибки этапа выполнения обнаруживает пользователь, то в двух первых случаях, получив соответствующее сообщение, пользователь в зависимости от своего характера, степени необходимости и опыта работы за компьютером, либо попробует понять, что произошло, ища свою вину, либо обратится за помощью, либо постарается никогда больше не иметь дела с этим продуктом. При «зависании» компьютера пользователь может даже не сразу понять, что происходит что-то не то, хотя его печальный опыт и заставляет волноваться каждый раз, когда компьютер не выдает быстрой реакции на введенную команду, что также целесообразно иметь в виду. Также опасны могут быть ситуации, при которых пользователь получает неправильные результаты и использует их в своей работе.

Причины ошибок выполнения очень разнообразны, а потому и локализация может оказаться крайне сложной. Все возможные причины ошибок можно разделить на следующие группы:

•неверное определение исходных данных,

•логические ошибки,

•накопление погрешностей результатов вычислений (рис. 10.2).

Н е в е р н о е о п р е д е л е н и е и с х о д н ы х д а н н ы х происходит, если возникают любые ошибки при выполнении операций ввода-вывода: ошибки передачи, ошибки преобразования, ошибки перезаписи и ошибки данных. Причем использование специальных технических средств и программирование с защитой от ошибок (см.§ 2.7) позволяет обнаружить и предотвратить только часть этих ошибок, о чем безусловно не следует забывать.

Л о г и ч е с к и е о ш и б к и имеют разную природу. Так они могут следовать из ошибок, допущенных при проектировании, например, при выборе методов, разработке алгоритмов или определении структуры классов, а могут быть непосредственно внесены при кодировании модуля.

Кпоследней группе относят:

ошибки некорректного использования переменных, например, неудачный выбор типов данных, использование переменных до их инициализации, использование индексов, выходящих за границы определения массивов, нарушения соответствия типов данных при использовании явного или неявного переопределения типа данных, расположенных в памяти при использовании нетипизированных переменных, открытых массивов, объединений, динамической памяти, адресной арифметики и т. п.;

ошибки вычислений, например, некорректные вычисления над неарифметическими переменными, некорректное использование целочисленной арифметики, некорректное преобразование типов данных в процессе вычислений, ошибки, связанные с незнанием приоритетов выполнения операций для арифметических и логических выражений, и т. п.;

ошибки межмодульного интерфейса, например, игнорирование системных соглашений, нарушение типов и последовательности при передачи параметров, несоблюдение единства единиц измерения формальных и фактических параметров, нарушение области действия локальных и глобальных переменных;

другие ошибки кодирования, например, неправильная реализация логики программы при кодировании, игнорирование особенностей или ограничений конкретного языка программирования.

На к о п л е н и е п о г р е ш н о с т е й результатов числовых вычислений возникает, например, при некорректном отбрасывании дробных цифр чисел, некорректном использовании приближенных методов вычислений, игнорировании ограничения разрядной сетки представления вещественных чисел в ЭВМ и т. п.

Все указанные выше причины возникновения ошибок следует иметь в виду в процессе отладки. Кроме того, сложность отладки увеличивается также вследствие влияния следующих факторов:

опосредованного проявления ошибок;

возможности взаимовлияния ошибок;

возможности получения внешне одинаковых проявлений разных ошибок;

отсутствия повторяемости проявлений некоторых ошибок от запуска к запуску – так называемые стохастические ошибки;

возможности устранения внешних проявлений ошибок в исследуемой ситуации при внесении некоторых изменений в программу, например, при включении в программу диагностических фрагментов может аннулироваться или измениться внешнее проявление ошибок;

написания отдельных частей программы разными программистами.

Методы отладки программного обеспечения

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

ручного тестирования;

индукции;

дедукции;

обратного прослеживания.

Метод ручного тестирования. Это — самый простой и естественный способ данной группы. При обнаружении ошибки необходимо выполнить тестируемую программу вручную, используя тестовый набор, при работе с которым была обнаружена ошибка.

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

Данный метод часто используют как составную часть других методов отладки.

Метод индукции. Метод основан на тщательном анализе симптомов ошибки, которые могут проявляться как неверные результаты вычислений или как сообщение об ошибке. Если компьютер просто «зависает», то фрагмент проявления ошибки вычисляют, исходя из последних полученных результатов и действий пользователя. Полученную таким образом информацию организуют и тщательно изучают, просматривая соответствующий фрагмент программы. В результате этих действий выдвигают гипотезы об ошибках, каждую из которых проверяют. Если гипотеза верна, то детализируют информацию об ошибке, иначе — выдвигают другую гипотезу. Последовательность выполнения отладки методом индукции показана на рис. 10.3 в виде схемы алгоритма.

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

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

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

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

Отладка, или debugging, — это поиск (локализация), анализ и устранение ошибок в программном обеспечении, которые были найдены во время тестирования.

Виды ошибок

Ошибки компиляции

Это простые ошибки, которые в компилируемых языках программирования выявляет компилятор (программа, которая преобразует текст на языке программирования в набор машинных кодов). Если компилятор показывает несколько ошибок, отладку кода начинают с исправления самой первой, так как она может быть причиной других.

В интерпретируемых языках (например Python) текст программы команда за командой переводится в машинный код и сразу исполняется. К моменту обнаружения ошибки часть программы уже может исполниться.

Ошибки компоновки

Ошибки связаны с разрешением внешних ссылок. Выявляет компоновщик (редактор связей) при объединении модулей программы. Простой пример — ситуация, когда требуется обращение к подпрограмме другого модуля, но при компоновке она не найдена. Ошибки также просто найти и устранить.

Ошибки выполнения (RUNTIME Error)

Ошибки, которые обнаруживают операционная система, аппаратные средства или пользователи при выполнении программы. Они считаются непредсказуемыми и проявляются после успешной компиляции и компоновки. Можно выделить четыре вида проявления таких ошибок:

• сообщение об ошибке, которую зафиксировали схемы контроля машинных команд. Это может быть переполнение разрядной сетки (когда старшие разряды результата операции не помещаются в выделенной области памяти), «деление на ноль», нарушение адресации и другие;
• сообщение об ошибке, которую зафиксировала операционная система. Она же, как правило, и документирует ошибку. Это нарушение защиты памяти, отсутствие файла с заданным именем, попытка записи на устройство, защищенное от записи;
• прекращение работы компьютера или зависание. Это и простые ошибки, которые не требуют перезагрузки компьютера, и более сложные, когда нужно выключать ПК;
• получение результатов, которые отличаются от ожидаемых. Программа работает стабильно, но выдает некорректный результат, который пользователь воспринимает за истину.

Ошибки выполнения можно разделить на три большие группы.

Ошибки определения данных или неверное определение исходных данных. Они могут появиться во время выполнения операций ввода-вывода.

К ним относятся:

• ошибки преобразования;
• ошибки данных;
• ошибки перезаписи.

Как правило, использование специальных технических средств для отладки (API-логгеров, логов операционной системы, профилировщиков и пр.) и программирование с защитой от ошибок помогает обнаружить и решить лишь часть из них.

Логические ошибки. Они могут возникать из ошибок, которые были допущены при выборе методов, разработке алгоритмов, определении структуры данных, кодировании модуля.

В эту группу входят:

• ошибки некорректного использования переменных. Сюда относятся неправильный выбор типов данных, использование индексов, выходящих за пределы определения массивов, использование переменных до присвоения переменной начального значения, нарушения соответствия типов данных;
• ошибки вычислений. Это некорректная работа с переменными, неправильное преобразование типов данных в процессе вычислений;
• ошибки взаимодействия модулей или межмодульного интерфейса. Это нарушение типов и последовательности при передаче параметров, области действия локальных и глобальных переменных, несоблюдение единства единиц измерения формальных и фактических параметров;
• неправильная реализация логики при программировании.

Ошибки накопления погрешностей. Могут возникать при неправильном округлении, игнорировании ограничений разрядной сетки, использовании приближенных методов вычислений и т.д. 

Методы отладки программного обеспечения

Метод ручного тестирования

Отладка программы заключается в тестировании вручную с помощью тестового набора, при работе с которым была допущена ошибка. Несмотря на эффективность, метод не получится использовать для больших программ или программ со сложными вычислениями. Ручное тестирование применяется как составная часть других методов отладки.

Метод индукции

В основе отладки системы — тщательный анализ проявлений ошибки. Это могут быть сообщения об ошибке или неверные результаты вычислений. Например, если во время выполнения программы завис компьютер, то, чтобы найти фрагмент проявления ошибки, нужно проанализировать последние действия пользователя. На этапе отладки программы строятся гипотезы, каждая из них проверяется. Если гипотеза подтвердилась, информация об ошибке детализируется, если нет — выдвигаются новые.

Вот как выглядит процесс:

Важно, чтобы выдвинутая гипотеза объясняла все проявления ошибки. Если объясняется только их часть, то либо гипотеза неверна, либо ошибок несколько.

Метод дедукции

Сначала специалисты предлагают множество причин, по которым могла возникнуть ошибка. Затем анализируют их, исключают противоречащие имеющимся данным. Если все причины были исключены, проводят дополнительное тестирование. В обратном случае наиболее вероятную причину пытаются доказать.

Метод обратного прослеживания

Эффективен для небольших программ. Начинается с точки вывода неправильного результата. Для точки выдвигается гипотеза о значениях основных переменных, которые могли привести к ошибке. Далее на основании этой гипотезы строятся предположения о значениях переменных в предыдущей точке. Процесс продолжается до момента, пока не найдут ошибку.

Как выполняется отладка в современных IDE

Ранние отладчики, например gdb, представляли собой отдельные программы с интерфейсами командной строки. Более поздние, например первые версии Turbo Debugger, были автономными, но имели собственный графический интерфейс для облегчения работы. Сейчас большинство IDE имеют встроенный отладчик. Он использует такой же интерфейс, как и редактор кода, поэтому можно выполнять отладку в той же среде, которая используется для написания кода.

Отладчик позволяет разработчику контролировать выполнение и проверять (или изменять) состояние программ. Например, можно использовать отладчик для построчного выполнения программы, проверяя по ходу значения переменных. Сравнение фактических и ожидаемых значений переменных или наблюдение за ходом выполнения кода может помочь в отслеживании логических (семантических) ошибок.

Пошаговое выполнение — это набор связанных функций отладчика, позволяющих поэтапно выполнять код.

Шаг с заходом (step into)

Команда выполняет очередную инструкцию, а потом приостанавливает процесс, чтобы с помощью отладчика было можно проверить состояние программы. Если в выполняемом операторе есть вызов функции, step into заставляет программу переходить в начало вызываемой функции, где она приостанавливается.

Шаг с обходом (step over)

Команда также выполняет очередную инструкцию. Однако когда step into будет входить в вызовы функций и выполнять их строка за строкой, step over выполнит всю функцию, не останавливаясь, и вернет управление после ее выполнения. Команда step over позволяет пропустить функции, если разработчик уверен, что они уже исправлены, или не заинтересован в их отладке в данный момент.

Шаг с выходом (step out)

В отличие от step into и step over, step out выполняет не следующую строку кода, а весь оставшийся код функции, исполняемой в настоящее время. После возврата из функции он возвращает управление разработчику. Эта команда полезна, когда специалист случайно вошел в функцию, которую не нужно отлаживать.

Как правило, при пошаговом выполнении можно идти только вперед. Поэтому легко перешагнуть место, которое нужно проверить. Если это произошло, необходимо перезапустить отладку.

У некоторых отладчиков (таких как GDB 7.0, Visual Studio Enterprise Edition 15.5 и более поздних версий) есть возможность вернуться на шаг назад. Это полезно, если пропущена цель либо нужно повторно проверить выполненную инструкцию. 

Тестирование и отладка программ

Тестирование
и отладка написанной программы являются
содержанием четвёртого этапа разработки
ПО.

Тестирование
– выполнение программы с целью
обнаружения наличия ошибок.

Тест
– совокупность специально подобранных
исходных данных и соответствующих им
результатов расчетов (как промежуточных,
так и окончательных).

Отладка
– выполнение программы с целью
локализации, диагностики и исправления
ошибок.

Причины возникновения
ошибок:

• некорректность
  текста (синтаксические ошибки);

• некорректность
  компоновки (ошибки редактирования);

• некорректность
  данных (семантические ошибки);

• некорректность
  алгоритма
  (семантические ошибки).

Синтаксические
ошибки
проявляются на этапе компиляции (система
программирования выводит сообщение
об ошибке и указывает место в программе,
содержащее ошибку).

После
компиляции следует компоновка программы,
при которой могут быть ошибки
редактирования
(неправильное использование подключаемых
модулей).

Семантические
ошибки могут
проявляться как на этапе выполнения
программы (до её завершения), так и после
выполнения программы. К первым относятся
такие ошибки, как, например, деление на
ноль, выход за границы диапазона,
нехватка памяти и т.п. О них выводится
сообщение компилятором, что облегчает
исправление. Семантические ошибки
второго типа находить и исправлять
гораздо сложнее, так как компилятор их
не может найти (они связаны с погрешностями
самого алгоритма).

Для
поиска этих ошибок используются
различные специальные приёмы. Они
основаны на получении дополнительной
информации о ходе вычислительного
процесса.

Некоторые
из этих приёмов:

1. Слежение:

• трассировка
  – построчное выполнение программы
  (клавиши F7,
  F8
  в Turbo
  Delphi,
  Lazarus);

• математическое
  слежение
  – контроль за изменением значений
  определенных переменных в процессе
  расчёта (подсказки при наведении
  курсора на идентификатор при трассировке).

1. Печать
   в узлах
   – вывод значений заданных переменных
   в узловых точках программы (разветвление
   или схождение алгоритма, точки входа
   и выхода из подпрограммы и др.).

1. Прокрутка
   – вывод значений всех переменных,
   используемых в программе после
   выполнения каждого оператора в
   программе.

Лекция 6. Вычислительные комплексы и сети

Обработка информации
при помощи ЭВМ развивается по двум
направлениям:

• с
  использованием вычислительных
  комплексов;

• с
  использованием вычислительных
  сетей.

Вычислительные
комплексы служат для повышения
производительности и надежности
обработки информации. Они объединяют
несколько ЭВМ, территориально
расположенных в одном месте, и делятся
на два типа:

• многомашинные
  комплексы (несколько самостоятельных
  ЭВМ, в том числе и резервных, объединенных
  общим управлением);

• многопроцессорные
  комплексы (несколько процессоров,
  работающих с одной общей памятью с
  различными возможными типами доступа
  к ней).

Использование
вычислительных комплексов позволяет
разделить поставленную задачу на
несколько подзадач (если это позволяет
сама задача) и решать их параллельно.

Вычислительная
или компьютерная сеть (КС)
– это
совокупность ПО и компьютеров, соединенных
с помощью каналов связи и специального
сетевого оборудования (см. далее) в
единую систему для распределённой
обработки данных.

Компьютерные
сети могут классифицироваться по разным
критериям. Например, по территориальному
признаку, т.е.
по масштабу охвата территории, сети
делят на локальные (LAN – Local Area NetWork),
региональные (MAN – Metropolia Area NetWork) и
глобальные (WAN – Wide Area NetWork):

— локальные
сети, как правило, размещаются в одном
здании или на территории одного
предприятия (примером локальной сети
является локальная сеть в учебном
классе);

— региональные
сети объединяют несколько предприятий
или город (примером сетей такого типа
является сеть кабельного телевидения);

— глобальные
сети охватывают значительную территорию,
часто целую страну или континент, и
представляют собой объединение сетей
меньшего размера (примером глобальной
сети является сеть Интернет).

Информация
в сети передаётся по каналам связи,
которые могут быть:

• кабельными
  каналами (телефонный кабель, витая
  пара, коаксиальный кабель, оптоволоконный
  кабель);

• радиоканалами.

Для
подключения к сети используется
специальное оборудование — устройства
сопряжения, предназначенные для
согласования сигналов внутреннего
интерфейса ЭВМ с сигналами сети:

• модемы (при
  подключении через телефонную сеть);

• сетевые адаптеры
  (при подключении к одному каналу);

• мультиплексоры
  (при подключении к нескольким каналам),

Компьютерные
сети используются в следующих целях:

• совместного
  использования ресурсов (данных,
  оборудования, программ);

• обеспечения
  надёжного хранения данных (в разных
  местах);

• для
  передачи данных между удалёнными друг
  от друга пользователями.

Взаимодействие
в КС происходит по определенным правилам
–
протоколам,
которые обеспечивают подключение к
сети разнотипных ЭВМ с различными ОС.

Основные
характеристики компьютерных сетей:

• скорость передачи
  (бит/с);

• достоверность
  передачи информации (количество
  ошибок/знак);

• надёжность
  (среднее время безотказной работы в
  сетях).

Компьютеры
сети могут быть серверами
и клиентами
(рабочими
станциями).

Сервер
– компьютер, обеспечивающий пользователей
сети ресурсами (оборудованием, данными
и программами, выполняющими задания
пользователей). Серверы могут быть
файловыми
(предназначены
для хранения и обработки большого
объема данных для всех пользователей),
выделенными
(на них устанавливается общая сетевая
ОС и общие внешние устройства – принтеры,
модемы, винчестеры т.п.), а также –
одновременно файловыми и выделенными.

Клиент
– компьютер,
через который пользователь получает
доступ к сети.

Компьютеры,
объединенные в локальную сеть, физически
могут располагаться различным образом.
Однако порядок их подсоединения к сети
определяется топологией – усредненной
геометрической схемой соединений узлов
сети.

Наиболее
распространенными топологиями локальных
сетей, в которых передающей средой
является кабель, являются: кольцо, шина,
звезда (рисунки 14, 15 и 16).

Топология
кольцо предусматривает соединение
узлов сети замкнутым контуром и
используется для построения сетей,
занимающих чаще всего сравнительно
небольшое пространство. Выход одного
узла сети соединяется с входом другого.
Информация по кольцу передаются от
узла к узлу в одном направлении. Каждый
промежуточный узел ретранслирует
посланное сообщение. Принимающий узел
распознает и получает только адресованное
ему послание.

Последовательная
организация обслуживания узлов сети
снижает ее быстродействие, а выход из
строя одного из узлов может привести
к нарушению функционирования кольца
(при отсутствии дополнительного
контура).

Рисунок
14 — Топология
кольцо

При
топологии шина
узлы подключены к одной передающей
линии — шине. Они передают свои сообщения
по очереди в режиме распределенного
по времени интерфейса. Сообщение от
каждого узла распространяется по шине
в обе стороны. Оно поступает на все
узлы, но принимает его только тот узел,
которому оно адресовано. Узлы не
ретранслируют сообщение, поэтому выход
из строя одного узла не приводит к
нарушению функционирования сети.
Производительность сети зависит от
количества узлов в сети (при увеличении
количества узлов она уменьшается), так
как в каждый момент времени передачу
может вести только один узел.

Рисунок
15 — Топология
шина

При
топологии звезда
все устройства сети связаны с центральным
узлом, который ретранслирует, коммутирует
и маршрутизирует (находит путь от
источника к приёмнику) все передаваемые
данные. В качестве центрального узла
может выступать либо концентратор
(hub),
который передаёт сообщение широковещательно
(на все узлы), а воспринимает его только
узел — приёмник, либо — коммутатор
(switch), который передаёт сообщение только
приёмнику (за счет чего повышается
пропускная способность).

Данная
топология значительно упрощает
взаимодействие узлов сети друг с другом,
но в то же время работоспособность
локальной вычислительной сети зависит
от надежности работы центрального
узла.

Рисунок
16 — Топология
звезда

При
построении реальных вычислительных
сетей используются эти топологии, а
также их сочетания.

Соседние файлы в предмете Информатика

• #
• #

Готовая программа не всегда работает как надо. Бывает, возникают баги, предупреждения, исключения. В итоге программа зависает, дает сбой или вылетает. Но это не конец света. Любую ошибку в коде можно исправить, если знать, почему она возникла.

Программная ошибка: что это и почему возникает

Программная ошибка — это дефект в коде. Из-за него программа сбоит или выдает неверные результаты. Некоторые ошибки серьезные — например, блокируют логин и пароль, из-за чего пользователь не может попасть в личный кабинет. А другие незаметны. Некоторое время программа работает как будто бы исправно — и только потом начинает глючить.

Ошибка в программировании — это зачастую ошибки разработчиков, которые находят тестировщики. Запускают разные тесты и отладку, чтобы определить источники проблемы.

Научитесь находить ошибки в приложениях и на сайтах до того, как ими начнут пользоваться клиенты. Для этого освойте профессию «Инженер по тестированию». Изучать язык программирования необязательно. Тестировщик работает с готовыми сайтами, приложениями, сервисами, а не с кодом. В программе от Skypro: четыре проекта для портфолио, практика с обратной связью, все основные инструменты тестировщика.

Ошибки часто называют багами, но подразумевают под ними разное, например:

❗ Ворнинги, или предупреждения. Возникают, когда программа начинает вести себя не так, как задумывалось. Не являются критичными ошибками. Программа с ворнингами работает, но с аномалиями.

❗ Исключения. Это не ошибки, а особые ситуации, которые нужно обработать.

❗ Синтаксические ошибки. Это ошибка в программе, связанная с написанием кода. Пример: программист забыл поставить точку или неверно написал название оператора. Если не исправить, код программы не запустится, а останется просто текстом.

Классификация багов

У багов есть два атрибута — серьезности (Severity) и приоритета (Priority). Серьезность касается технической стороны, а приоритет — организационной.

🚨 По серьезности. Атрибут показывает, как сильно ошибка влияет на общую функциональность программы. Чем выше значение атрибута, тем хуже.

По серьезности баги классифицируют так:

• Blocker — блокирующий баг. Программа запускается, но спустя время баг останавливает ее выполнение. Чтобы снова пользоваться программой, блокирующую ошибку в коде устраняют.
• Critical — критический баг. Нарушает функциональность программы. Появляется в разных частях кода, из-за этого основные функции не выполняются.
• Major — существенный баг. Не нарушает, но затрудняет работу основного функционала программы либо не дает функциям выполняться так, как задумано.
• Minor — незначительный баг. Слабо влияет на функционал программы, но может нарушать работу некоторых дополнительных функций.
• Trivial — тривиальный баг. На работу программы не влияет, но ухудшает общее впечатление. Например, на экране появляются посторонние символы или всё рябит.

🚦 По приоритету. Атрибут показывает, как быстро баг необходимо исправить, пока он не нанес программе приличный ущерб. Бывает таким:

• Top — наивысший. Такой баг — суперсерьезный, потому что может обвалить всю программу. Его устраняют в первую очередь.
• High — высокий. Может затруднить работу программы или ее функций, устраняют как можно скорее.
• Normal — обычный. Баг программу не ломает, просто где-то что-то будет работать не совсем верно. Устраняют в штатном порядке.
• Low — низкий. Баг не влияет на программу. Исправляют, только если у команды есть на это время.

Типы ошибок в программе

🧨 Логические. Приводят к тому, что программа зависает, работает не так, как надо, или выдает неожиданные результаты — например, не записывает файл, а стирает.
Логические ошибки коварны: их трудно обнаружить. Программа выглядит так, будто в ней всё правильно, но при этом работает некорректно. Чтобы победить логические ошибки, специалист должен хорошо ориентироваться в коде программы.

🧨 Синтаксические. Это опечатки в названиях операторов, пропущенные запятые или кавычки. Безобидные ошибки: их обнаруживают и подсвечивают в коде компиляторы, а программисту остается исправить.

🧨 Взаимодействия. Это ошибка в участке кода, который отвечает за взаимодействие с аппаратным или программным окружением. Такая ошибка возникает, например, если неправильно использовать веб-протоколы. Исправляется элементарно: разработчик переписывает нужный кусок кода.

🧨 Компиляционные. Любая программа — это текст. Чтобы он заработал как программа, используют компилятор. Он преобразует программный код в машинный, но одновременно может вызывать ошибки.

Компиляционные баги появляются, если что-то не так с компилятором или в коде есть синтаксические ошибки. Компилятор будто ругается: «Не понимаю, что тут написано. Не знаю, как обработать».

🧨 Ошибки среды выполнения. Возникают, когда программа скомпилирована и уже выглядит как файл — жми и работай. Юзер запускает файл, а программа тормозит и виснет. Причина — нехватка ресурсов, например памяти или буфера.

Такой баг — ошибка разработчика. Он не предвидел реальные условия развертывания программы. Теперь ему надо вернуться в исходный код и поправить фрагмент.

🧨 Арифметические. Бывает, в коде есть числовые переменные и математические формулы. Если где-то проблема — не указаны константы или округление сработало не так, возникает баг. Надо лезть в код и проверять математику.

Что такое исключения в программах

Это механизм, который помогает программе обрабатывать нестандартную ситуацию и при этом не вылетать. Идеально, если программист предусмотрел все возможные ситуации. Но так бывает редко, поэтому лучше использовать специальный обработчик. Он обработает исключения так, что программа продолжит работать.

Как это происходит:

1. Когда программист кодит, то продумывает, в какой части программы может вылезти ошибка.
2. В этой части пишет специальный фрагмент, который предупредит компьютер, что ошибка — вполне ожидаемое явление и резко обрывать программу не нужно.
3. Когда юзер запустит программу и появится ошибка, компьютер увидит заранее подготовленное предупреждение программиста. Продолжит выполнять алгоритм так, словно никакого бага и не было.

Исключения бывают программными и аппаратными:

• Аппаратные создает процессор. К ним относят деление на ноль, выход за границы массива, обращение к невыделенной памяти.

• Программные создает операционка и приложения. Возникают, когда программа их инициирует: аномальная ситуация возникла — программа создала исключение.

Как контролировать баги в программе

🔧 Следите за компилятором. Когда компилятор преобразует текст программы в машинный код, то подсвечивает в нём сомнительные участки, которые способны вызывать баги. Некоторые предупреждения не обозначают баг как таковой, а только говорят: «Тут что-то подозрительное». Всё подозрительное надо изучать и прорабатывать, чтобы не было проблемы в будущем.

🔧 Используйте отладчик. Это программа, которая без участия айтишника проверяет, исправно ли работает алгоритм. В случае чего сообщает об ошибках. Например, отладчик используют для построчного выполнения программы. Вместе с тем проверяют значения переменных: фактические сравнивают с ожидаемыми. Если что-то не сходится, ищут баги и исправляют.

🔧 Проводите юнит-тесты. Это когда разработчик или тестировщик описывает ситуации для каждого компонента и указывает, к какому результату должна привести программа. Потом запускает проверку. Если результат не совпадает с ожидаемым, появляется предупреждение. Дальше программисты находят и устраняют проблему.

Ключевое: что такое ошибки в программировании

• Ошибка в программировании — это дефект кода, баг, который может вызывать в программе сбои и неожиданное поведение.
• По серьезности баги делятся на блокирующие, критические, существенные, незначительные, тривиальные. По приоритету — на наивысший, высокий, обычный, низкий.
• Ошибки в коде могут быть разными, например связанные с логикой программы. Или с математическими вычислениями — логические. Еще бывают синтаксические, ошибки взаимодействия, компиляционные и ошибки среды выполнения.
• Некоторые ошибки помогают ловить обработчики исключений.
• Чтобы находить ошибки в коде, тестировщики используют компиляторы, отладчики и пишут юнит-тесты.