Отладка

Даже у самых опытных программистов код редко работает идеально с первого раза. Но чем опытнее программист, тем лучше он отлаживает код, то есть анализирует ошибки и устраняет их. Навык отладки сам по себе не появится: его необходимо развивать, причем начинать нужно как можно раньше. По ходу обучения вы будете выполнять задания и практиковаться — все это поможет набраться опыта. Со временем анализ и устранение ошибок войдут в привычку, если уделять достаточно внимания практике.

Поиск ошибок в коде

Можно отлаживать некорректно работающий код "методом тыка", но это долго и непродуктивно. Будет намного проще, если вы сначала поймете проблему, а уже потом начнете устранять ее. Понимание — это ключевой этап, без которого дальнейшие шаги невозможны. Перед отладкой кода надо понять, что в нем не так. Это можно сделать за два шага.

Шаг 1. Изучить traceback("трейсбек") — список всех вызовов функций от запуска программы до места с ошибкой. Traceback помогает отследить, как прошло выполнение программы: какие функции получилось вызвать успешно, а с какими — возникли сложности. Каждая запись в "трейсбеке" указывает на файл и строчку, а затем на выполняемую функцию.

Представим, что вы написали код в файле db.py и решили запустить функцию main() в четвертой строчке. Запись в "трейсбеке" будет выглядеть так:

File "db.py", line 4, in <module>
    main()

Как видите, здесь указаны не только файл и строчка, но еще и название модуля. По нему можно с легкостью определить, где возникла проблема: в вашем коде или в какой-то библиотеке, которую вы не писали, но используете.

Шаг 2. Когда "трейсбек" дойдет до проблемного места, он выдаст сообщение об ошибке. Например, такое:

NameError: name 'create' is not defined

Если владеете английским, то быстрее поймете, о чем идет речь в сообщении: «Название create не определено». Эта ошибка чаще всего происходит из-за опечатки в названии — нужно проверить этот момент. Без знания английского тоже можно разобраться, если обратиться к словарю или онлайн-переводчику. Теперь посмотрим, как traceback и сообщение об ошибке выглядят вместе:

Traceback (most recent call last):
  File "db.py", line 4, in <module>
    main()
  File "db.py", line 2, in main
    create()
NameError: name 'create' is not defined

В примере выше видно всю цепочку событий: программа успешно справилась с функцией main(), а потом перешла к функции create() и столкнулась с ошибкой в названии. Кроме NameError, в Python есть еще множество разных ошибок, которые можно разделить на три группы.

Типы ошибок

Самые простые и понятные ошибки — синтаксические. Они связаны исключительно с тем, что код неверно оформлен: например, использованы неправильные кавычки. В выводе таких ошибок всегда присутствует фраза SyntaxError:. Чтобы отладить код в этом случае, нужно внимательно взглянуть на место с ошибкой. Посмотрим на примере. Здесь синтаксическая ошибка произошла потому, что использована кавычка ' вместо ":

Traceback (most recent call last):
  File "users.py", line 2
    print("Hello" + "world')
                           ^
SyntaxError: EOL while scanning string literal

Вторая большая группа ошибок — это ошибки программирования. Например, к ним относятся:

  • Вызов несуществующей функции;
  • Использование необъявленной переменной;
  • Передача неверных аргументов (например, аргументов неверного типа);

Эти ошибки исправить труднее, чем синтаксические. Обычно они возникают, если в другом более раннем вызове была неправильная логика.

Последний тип ошибок — логические ошибки. Исправить ситуацию бывает очень сложно, потому что программа в целом работает, но при некоторых значениях выдает неверный результат. В большинстве случаев проблема кроется в неверной логике. Например, вместо сложения в программе выполняется вычитание.

Способы отладки

Есть множество способов отладки программ, но у всех одна общая идея — нужно проанализировать, как меняются значения переменных в процессе работы кода. Рассмотрим на конкретном примере. Ниже описана функция, которая считает сумму чисел от числа start до числа finish. Если start равно трём, а finish — пяти, то программа должна вычислить: 3 + 4 + 5.

def sum_of_series(start, finish):
    result = 0
    n = start
    while n < finish:
        result = result + n
        n = n + 1
    return result

В этом коде допущена ошибка. Глядя на код функции sum_of_series(), замечаем, что основных переменных там две: n и result. Из этого можно сделать такой вывод — нужно посмотреть, какие значения даются переменным на каждой итерации. После этого найти ошибку не составит труда. Есть удобный инструмент для отслеживания значений переменных во время выполнения кода — это визуальные отладчики. Они встраиваются в популярные редакторы кода и позволяют выполнить программу по шагам и увидеть все изменения. Если интересно узнать больше об отладчиках: Python debugger.

Тесты

Код должен и часто проверяется с помощью автоматических тестов. Обычно они написаны на том же языке, на котором написан сам код. Общий принцип работы такого вида тестирования довольно прост. Тестируемая программа загружается в память и вызывается с разными параметрами, а тесты следят за тем, чтобы ее поведение соответствовало ожидаемому. Когда код не проходит тесты, то обычно говорят что "тесты упали". В этот момент начинается самое интересное. Необходимо понять, где и почему возникла ошибка. И вывод тестов в этом процессе играет ключевую роль, это главный помощник и проводник. Но необходим опыт, чтобы начать делать правильные выводы из того, что пишут тесты. В первую очередь нужно классифицировать проблему.

Ошибки в тестах можно грубо разделить на две категории:

  • ошибки, которые выдает компилятор или интерпретатор: синтаксическая ошибка, ошибка типизации;
  • ошибочные утверждения.

Утверждения

Утверждение — это специальная функция, которая вызывает ваш код с определенными параметрами и проверяет, что он возвращает ожидаемый результат. Например:

assert(isDigit(3))

Самое важное: если "тесты упали на утверждении", это означает, что ваш код как минимум отработал, но его результат не соответствует ожидаемому. Причем часто бывает так, что часть утверждений проходит проверку, то есть код возвращает правильный результат, а часть — нет, обычно в пограничных случаях. В конечном итоге падение теста на утверждении говорит о том, что в коде логическая ошибка.

Ниже — пример вывода упавшего теста. То, насколько вывод подробный, зависит от вида утверждения и возможностей тестовой среды. Упавший тест

Вывод можно разделить на две части: Первая — описание того, что ожидалось от функции и что было получено. В нашем примере это строка AssertionError: 3 == 1. Читается она следующим образом: «ожидалось, что функция вернет 3, но она вернула 1». Это уже хорошо, но еще хотелось бы увидеть, с какими параметрами была вызвана функция. И в этом нам поможет вторая часть вывода. Вторая часть называется backtrace, она содержит список функций, которые последовательно вызывались в коде. Порядок вывода, чаще всего, обратный: в начале то, что вызывалось последним. В первую очередь нужно, начиная с конца, найти первое упоминание функции из файла, который похож на тестовый. Обычно его называние содержит слово test. В примере выше это at Object. (test.js:4:8). В скобках указана строчка, на которой находится вызов этого утверждения. В данном случае — строчка 4. Всё, что теперь остается, это зайти в соответствующий файл и посмотреть то, как вызывалась ваша функция.

Новички часто расстраиваются из-за ошибок, начинают считать себя невнимательными. На самом деле, в ошибках нет ничего страшного: опытные разработчики допускают их не реже новичков. Сложно научиться писать идеальный код, но можно развивать навыки отладки и "насмотренность" на ошибки. Еще новички думают, что опытный разработчик может взглянуть на код и сразу же понять, в чем ошибка. Да, с опытом это приходит, но все не так просто. По фрагменту кода сложно понять, что пошло не так. Если хотите спросить совет у опытного разработчика, лучше покажите не сам некорректно работающий код, а сообщение об ошибке.