Глава 22 Отладка, трассировка и оптимизация программ

Глава 22

Отладка, трассировка и оптимизация программ

22.1. Ошибки и отладка

Самыми страшными являются не синтаксические, а так называемые логические ошибки. Ваша программа может содержать хоть сотню мелких синтаксических ошибок — там не так функцию написали, там забыли указать параметр, а где-то пропустили точку с запятой. После исправления всех этих ошибок программа будет работать.

Если же ваша программа содержит логическую ошибку — например, вы выбрали неправильный алгоритм или неправильно его использовали, — то компилятор может даже не выдать предупреждения. Вроде бы ошибок нет, программа работает, но результат выдает неправильный или в какой-то момент вообще рушится. Мне запомнился один афоризм: «Программа делает то, что вы ей сказали, но не то, что вам хочется». Это и есть самое удачное, на мой взгляд, описание логической ошибки.

Если вы заметили ошибку до того, как ваша программа «увидела свет», то можете считать, что вам повезло. Одно дело, когда программа бесплатная, другое, когда вы за нее получили деньги, а заказчик недоволен... А бывает и такое, что программа может работать один, два месяца и только потом ваша логическая ошибка «всплывает» наружу. Почему это произошло? Дать однозначный ответ сложно, даже когда видишь код программы: все зависит от ее специфики.

Например, если ваша программа использует какую-нибудь СУБД для обработки информации, вы могли установить размер поля меньший, чем нужно. Первые два месяца программа работала отлично, а в один прекрасный момент оператор ввел очень длинную фамилию очень важного клиента, и ваша программа не внесла эту информацию в базу. Но это тривиальная ошибка, и ее можно исправить очень быстро.

А вот когда вы пишете программу для управления устройством или для обработки показаний внешних датчиков, подключенных к компьютеру, бывает очень сложно найти ошибку, связанную с конфликтом на аппаратном уровне. Например, пользователь установил новое устройство, которое конфликтует с вашим контроллером. Или вы написали модуль для поддержки одного контроллера, а пользователь подключил два, и оба теперь не работают.

Какие же ошибки часто совершают начинающие (и не только) программисты? Самая тривиальная — неправильное использование операций инкремента и декремента. Например, следующие выражения не эквивалентны:

x = y++ + 10;

x = ++y + 10;

В первом случае переменной x будет присвоено значение 15, а во втором — 16.

Следующей по частоте является ошибка неучтенной единицы. Например, вам нужен массив, состоящий из 10 элементов, вы его объявляете:

int а[10];

А затем инициализируете его с помощью цикла:

for (i=0;i<=10;i++) a[i] = 0;

Этот фрагмент кода попытается инициализировать несуществующий элемент — а[10].

Или еще один распространенный случай: программист забывает, что нумерация элементов массива начинается с 0, и не инициализирует первый элемент массива:

for (i=1;i<10;i++) a[i] = 0;

Особое место в зоопарке ошибок занимают ошибки, связанные с неправильным использованием указателей. Все эти ошибки можно условно разделить на три группы, которые я сейчас кратко перечислю.

1) Неправильное использование операторов * и &. Это самая распространенная группа ошибок начинающих программистов. Вот характерный пример такой ошибки:

/* неправильно */

char *s;

*s = (char *s)malloc(25);

/* правильно */

char *s;

s = (char *s)malloc(25);

2) Выделение недостаточного для адресации объекта объема памяти. Например, мы получим такую ошибку, если попытаемся скопировать в строку s (вышеприведенный фрагмент кода) строку, состоящую из 30 символов,

3) Использование неинициализированных указателей. Такие ошибки часто встречаются при работе с динамическими структурами. Например, с линейными списками: вы забыли инициализировать главный элемент (head = NULL) и пытаетесь добавить в список новый элемент.

Использование рекурсивных вызовов может повлечь за собой ошибку переполнения стека, если вы неправильно зададите условие завершения рекурсии. Как правило, рекурсивная функция вызывает саму себя с несколько измененными параметрами. Рано или поздно такая функция должна, в зависимости от переданных параметров, возвратить какое-нибудь значение, а не опять вызвать саму себя.

Для облегчения поиска ошибок были созданы специальные программы — отладчики. Одним из самых удачных отладчиков для Linux является gdb (The GNU Debugger). Этот отладчик входит в состав всех распространенных дистрибутивов (за исключением их «урезанных» версий — для рабочих станций), и для его установки достаточно установить пакет gdb.

С помощью gdb вы сможете:

? запустить вашу программу с определенными аргументами;

? запустить программу в пошаговом режиме;

? установить точки останова (breakpoint);

? установить условие останова программы;

? узнать, что случилось, если программа неожиданно завершилась.