□ Ошибки описания или спецификации. Если программа неверно определена, она, несомненно, не сможет выполняться, как требуется. Даже лучший программист в мире может порой написать неверную программу. Прежде чем приступить к программированию (или разработке), убедитесь в том, что вы точно знаете и четко представляете, что должна делать программа. Вы обнаружите и устраните множество ошибок спецификации (если не все), обсуждая требования и получая подтверждение их правильности у тех, кто будет применять вашу программу в дальнейшем.

□ Ошибки проектирования или разработки. Перед созданием программы любого размера должны прорабатываться. Как правило, недостаточно просто сесть к клавиатуре компьютера, непосредственно набрать программный код и ждать, что программа сразу заработает. Нужно время, чтобы подумать о том, как написать программу, какие структуры данных потребуются и как они будут использоваться. Постарайтесь заранее разработать все в деталях, это убережет вас от многочисленных переработок программы в дальнейшем.

□ Ошибки кодирования. Конечно, все делают ошибки при наборе. Создание программного кода из вашей разработки — неидеальный процесс. Именно здесь появляется много ошибок. Когда вы сталкиваетесь с ошибкой в программе, не упускайте возможности еще раз прочесть ваш исходный код или попросите об этом кого-нибудь. Просто поразительно, как много ошибок и недочетов можно обнаружить и устранить, обсуждая реализацию с кем-нибудь еще.

Языки программирования с компиляторами, такие как С, обладают возможностью поймать синтаксические ошибки в процессе компиляции, в то время как интерпретируемые языки, например язык командной оболочки Linux, могут обнаружить синтаксические ошибки только тогда, когда вы попытаетесь выполнить программу. Если проблема в коде обработки ошибки, нелегко будет выявить ее в ходе тестирования.

□ Попытайтесь выполнить основную часть программы на бумаге, этот процесс называют формальным прогоном. Для наиболее важных подпрограмм запишите значения на входе и вычислите шаг за шагом выходные значения. Для отладки совсем не обязательно всегда применять компьютер, иногда именно компьютер создает проблемы. Даже разработчики, пишущие библиотеки, компиляторы и операционные системы, делают ошибки! С другой стороны, не спешите винить во всем используемые программные средства; гораздо вероятнее, что ошибка закралась в вашу новую программу, а не в компилятор.

Общие методы отладки

Существует несколько разных подходов к отладке и тестированию типовой программы Linux. Обычно разработчик запускает программу и смотрит, что происходит. Если программа не работает, необходимо решить, что с ней делать. Можно изменить программу и попробовать снова (анализ программного кода, метод проб и ошибок), можно попытаться получить больше информации о том, что происходит внутри программы (оснащение контрольными средствами) или можно непосредственно проанализировать работу программы (контролируемое выполнение). Отладка включает в себя пять следующих этапов:

□ тестирование — поиск существующих изъянов или ошибок;

□ стабилизация — обеспечение повторяемости ошибок;

□ локализация — определение строки кода, отвечающей за ошибку;

□ корректировка — исправление программного кода;

□ проверка — подтверждение того, что исправление работает.

Программа с ошибками

Давайте рассмотрим пример программы, содержащей ошибки. Читая данную главу, вы будете пробовать отладить эту программу. Она написана во время разработки большой программной системы. Ее задача — протестировать единственную функцию sort, которая предназначена для реализации сортировки массива структур типа item методом "пузырька". Элементы сортируются по возрастанию поля key. Программа вызывает функцию sort для сортировки контрольного примера, чтобы протестировать функцию. В реальной жизни вы никогда не стали бы обращаться к этому конкретному алгоритму из-за его очень низкой эффективности. Мы же применяем его, потому что он короткий, относительно простой и его легко превратить в неправильный. На самом деле в стандартной библиотеке языка С есть функция с именем qsort, выполняющая эту задачу.

К сожалению, исходный код программы нелегко читается, в нем нет комментариев, и автор уже недоступен. Вам придется биться с ней самостоятельно, начиная с основной подпрограммы debug1.c.

/*  1 */ typedef struct {

/*  2 */  char *data;

/*  3 */  int key;

/*  4 */ } item;

/*  5 */