Средства отладки программ в ide

Обновлено: 08.07.2024

Когда вы запускаете свою программу, выполнение начинается с верхней части функции main , а затем продолжается последовательно инструкция за инструкцией, пока программа не завершится. В любой момент времени, пока ваша программа выполняется, она отслеживает множество вещей: значение используемых вами переменных, какие функции были вызваны (поэтому при возвращении из этих функций программа будет знать, куда вернуться), и текущая точка выполнения в программе (чтобы она знала, какую инструкцию выполнить следующей). Вся эта отслеживаемая информация называется состоянием программы (или, для краткости, просто состоянием).

В предыдущих уроках мы исследовали различные способы изменения вашего кода для облегчения отладки, включая печать диагностической информации или использование логгера. Эти простые методы предназначены для проверки состояния программы во время ее выполнения. Хотя они могут быть эффективными при правильном использовании, у них все же есть недостатки: они требуют изменения вашего кода, что требует времени и может привести к появлению новых ошибок, и они загромождают ваш код, затрудняя понимание существующего кода.

За методами, которые мы показывали до сих пор, стоит неустановленное предположение: как только мы запустим код, он будет работать до завершения (только с паузой для приема входных данных) без возможности вмешаться и проверить результаты программы в любой момент времени, какой мы захотим.

Однако что, если бы мы смогли убрать это предположение? К счастью, мы можем. Большинство современных IDE поставляются со встроенным инструментом, называемым отладчиком, который предназначен именно для этого.

Отладчик

Отладчик – это компьютерная программа, которая позволяет программисту контролировать выполнение программы и проверять ее состояние во время выполнения программы. Например, программист может использовать отладчик для выполнения программы построчно, по ходу проверяя значения переменных. Сравнивая фактические значения переменных с ожидаемыми или наблюдая за ходом выполнения кода, отладчик может существенно помочь в отслеживании семантических (логических) ошибок.

Возможности отладчика двойственные: способность точно контролировать выполнение программы и возможность просматривать (и при желании изменять) состояние программы.

Ранние отладчики, такие как gdb, были отдельными программами с интерфейсами командной строки, где программисту приходилось вводить загадочные команды, чтобы заставить их работать. Более поздние отладчики (такие как ранние версии Turbo Debugger от Borland) всё еще были автономными, но поставлялись со своими собственными «графическими» интерфейсами для облегчения работы с ними. Большинство современных IDE, доступных в наши дни, имеют встроенный отладчик, то есть отладчик использует тот же интерфейс, что и редактор кода, поэтому вы можете отлаживать программу, используя ту же среду, которую вы используете для написания кода (вместо того, чтобы переключаться между программами).

Практически все современные отладчики содержат один и тот же стандартный набор базовых функций, однако единообразия в том, как организованы меню для доступа к этим функциям, нет, и еще меньше единообразия в сочетаниях клавиш. Хотя в наших примерах будут использоваться скриншоты Microsoft Visual Studio (и мы расскажем, как делать всё в Code::Blocks), у вас не должно возникнуть проблем с выяснением того, как получить доступ к каждой обсуждаемой нами функции, независимо от того, в какой среде разработки вы находитесь, даже если вашу IDE, мы не рассматриваем явно.

Остаток этой главы будет посвящен изучению того, как использовать отладчик.

Совет

Не пренебрегайте изучением, как пользоваться отладчиком. По мере того, как ваши программы становятся более сложными, количество времени, которое вы тратите на обучение эффективному использованию встроенного отладчика, будет бледнеть по сравнению с количеством времени, которое вы сэкономите на поиске и устранении проблем.

Предупреждение

Прежде чем продолжить этот урок (и последующие уроки, связанные с использованием отладчика), убедитесь, что ваш проект скомпилирован, используя конфигурацию отладочной сборки (для получения дополнительной информации смотрите «0.9 – Настройка компилятора: конфигурации сборки»).

Если вместо этого вы компилируете свой проект, используя конфигурацию релиза, функциональные возможности отладчика могут работать некорректно (например, когда вы попытаетесь начать выполнять свою программу пошагово, он просто запустит программу).

Для пользователей Code::Blocks

Если вы используете Code::Blocks, ваш отладчик может быть настроен правильно, а может и нет. Давайте, проверим.

Сначала перейдите в меню Settings (Настройки) → Debugger (Отладчик). Затем откройте дерево отладчика GDB/CDB (GDB/CDB debugger) слева и выберите Default (По умолчанию). Должно открыться диалоговое окно, которое выглядит примерно так:

Рисунок 1 – Настройки отладчика в Code::Blocks

Если вы видите большую красную полосу на месте Executable path (Путь к исполняемому файлу), то вам нужно найти отладчик. Для этого нажмите кнопку … справа от поля Executable path. Затем найдите файл gdb32.exe в вашей системе – мой был в C:\Program Files (x86)\CodeBlocks\ MinGW\bin\gdb32.exe . Затем нажмите ОК.

Для пользователей Code::Blocks

Пошаговое выполнение

Мы собираемся начать изучение отладчиков с изучения некоторых инструментов отладки, которые позволяют нам контролировать выполнение программы.

Пошаговое выполнение – это название набора связанных функций отладчика, которые позволяют нам выполнять (поэтапно) наш код инструкцию за инструкцией.

Есть несколько пошаговых команд, которые мы рассмотрим по очереди.

Шаг с заходом (step into)

Команда шаг с заходом (step into) выполняет следующую инструкцию в обычном пути выполнения программы, а затем приостанавливает выполнение программы, чтобы мы могли проверить состояние программы с помощью отладчика. Если выполняемый оператор содержит вызов функции, шаг с заходом заставляет программу перескакивать в начало вызываемой функции, где она приостанавливается.

Давайте посмотрим на очень простую программу:

Давайте отладим эту программу, используя команду шаг с заходом.

Сначала найдите и затем выполните команду отладки шаг с заходом один раз.

Для пользователей Visual Studio

В Visual Studio к команде шаг с заходом (step into) можно получить доступ через меню Отладка (Debug) → Шаг с заходом (Step Into), или нажав клавишу F11 .

Для пользователей Code::Blocks

В Code::Blocks к команде шага с заходом можно получить доступ через меню Debug (Отладка) → Step into (Шаг с заходом), или нажав Shift + F7 .

Для других компиляторов

Если вы используете другую среду IDE, вы, вероятно, найдете команду step into в меню Debug (Отладка) или Run (Выполнить).

Когда ваша программа не запущена и вы выполняете первую команду отладки, вы можете увидеть, что происходит несколько вещей:

При необходимости программа перекомпилируется.
Программа начинает выполняться. Поскольку наше приложение является консольной программой, должно открыться окно консоли. Оно будет пустым, потому что мы еще ничего не выводили.
В вашей IDE могут открываться некоторые диагностические окна, которые могут иметь такие названия, как «Diagnostic Tools» (средства диагностики), «Call Stack» (стек вызовов) и «Watch» (наблюдение). Некоторые из них мы рассмотрим позже – пока вы можете их игнорировать.

Поскольку мы выполнили шаг с заходом, теперь вы должны увидеть какой-то маркер слева от открывающей скобки функции main (строка 9). В Visual Studio этот маркер представляет собой желтую стрелку (Code::Blocks использует желтый треугольник). Если вы используете другую IDE, вы должны увидеть что-то, служащее той же цели.

Рисунок 2 – Маркер строки, которая будет выполнена следующей, в Visual Studio

Этот маркер стрелки указывает, что указанная строка будет выполнена следующей. В этом случае отладчик сообщает нам, что следующая выполняемая строка – это открывающая скобка функции main (строка 9).

Выполните шаг с заходом (используя соответствующую команду для вашей IDE, как описано выше), чтобы выполнить открывающую скобку, и стрелка переместится к следующей инструкции (строка 10).

Рисунок 3 – Положение маркера после выполнения открывающей фигурной скобки

Это означает, что следующая строка, которая будет выполнена, – это вызов функции printValue .

Выполните шаг с заходом снова. Поскольку эта инструкция содержит вызов функции printValue , мы переходим к функции, и стрелка переместится в верхнюю часть тела printValue (строка 4).

Рисунок 4 – Положение маркера после выполнения захода в функцию printValue

Выполните шаг с заходом снова, чтобы выполнить открывающую скобку функции printValue , которая переместит стрелку на строку 5.

Рисунок 5 – Положение маркера после выполнения следующего шага с заходом

Выполните шаг с заходом снова, который выполнит инструкцию std::cout << value и переместит стрелку в строку 6.

Предупреждение

Поскольку operator<< реализован как функция, ваша IDE может вместо этого перейти к реализации operator<< .

Если это произойдет, вы увидите, как ваша IDE откроет новый исходный файл, а стрелка-маркер переместится в начало функции с именем operator<< (это часть стандартной библиотеки). Закройте только что открытый исходный файл, затем найдите и выполните команду отладки шаг с выходом (step out) (если вам нужна помощь, инструкции приведены ниже в разделе «Шаг с выходом (step out)»).

Теперь, поскольку std::cout << value выполнено, теперь мы должны увидеть, что в окне консоли появилось значение 5.

Выполните шаг с заходом снова, чтобы выполнить закрывающую скобку функции printValue . На этом этапе printValue завершает выполнение, и управление возвращается в main .

Вы заметите, что стрелка снова указывает на printValue !

Рисунок 6 – Положение маркера после завершения функции printValue

Хотя вы можете подумать, что отладчик намеревается снова вызвать printValue , на самом деле он просто сообщает вам, что он возвращается из вызова функции.

Выполните шаг с заходом еще три раза. На этом этапе мы выполнили все строки в нашей программе, поэтому мы закончили. Некоторые отладчики на этом этапе автоматически завершают сеанс отладки, некоторые – нет. Если ваш отладчик этого не делает, вам может потребоваться найти в меню команду Stop Debugging (остановить отладку) (в Visual Studio это находится в разделе Отладка (Debug) → Остановить отладку (Stop Debugging)).

Обратите внимание, что Остановить отладку для завершения сеанса отладки можно в любой момент процесса отладки.

Поздравляем, теперь вы пошагово выполнили программу и наблюдали за выполнением каждой строки!

Шаг с обходом (step over)

Как и шаг с заходом, команда шаг с обходом (step over) выполняет следующую инструкцию в обычном пути выполнения программы. Однако в то время как шаг с заходом будет входить в вызовы функций и выполнять их построчно, шаг с обходом выполнит всю функцию без остановки и вернет вам управление после выполнения этой функции.

Для пользователей Visual Studio

В Visual Studio к команде шаг с обходом (step over) можно получить доступ через меню Отладка (Debug) → Шаг с обходом (Step Over), или нажав клавишу F10 .

Для пользователей Code::Blocks

В Code::Blocks команда шаг с обходом называется Next line (следующая строка), и к ней можно получить доступ через меню Debug (Отладка) → Next line (Следующая строка), или нажав клавишу F7 .

Давайте посмотрим на пример, в котором мы делаем шаг с обходом вызова функции printValue :

Сначала используйте команду шаг с заходом, пока маркер выполнения не окажется в строке 10:

Рисунок 7 – Положение маркера перед выполнением функции printValue

Теперь выполните шаг с обходом. Отладчик выполнит функцию (которая выводит значение 5 в окно консоли), а затем вернет управление вам в следующей инструкции (строка 12).

Команда шаг с обходом предоставляет удобный способ пропустить функции, если вы уверены, что они уже работают, или не заинтересованы в их отладке прямо сейчас.

Шаг с выходом (step out)

В отличие от двух других пошаговых команд, шаг с выходом (step out) не просто выполняет следующую строку кода. Вместо этого он выполняет весь оставшийся код функции, которая выполняется в настоящее время, а затем возвращает управление вам, когда будет выполнен возврат из функции.

Для пользователей Visual Studio

В Visual Studio команду шаг с выходом можно выполнить через меню Отладка (Debug) → Шаг с выходом (Step Out), или нажав комбинацию клавиш Shift + F11 .

Для пользователей Code::Blocks

В Code::Blocks к команде шаг с выходом можно получить доступ через меню Debug (Отладка) → Step Out (Шаг с выходом), или нажав комбинацию клавиш Ctrl + F7 .

Давайте посмотрим на пример этого, используя ту же программу, что и выше:

Выполните команды шаг с заходом, пока не окажетесь внутри функции printValue с маркером выполнения в строке 4.

Рисунок 8 – Положение маркера в начале выполнения функции printValue

Затем выполните шаг с выходом. Вы заметите, что в окне вывода появится значение 5, и отладчик вернет вам управление после завершения функции (в строке 10).

Рисунок 9 – Положение маркера после выполнения шага с выходом в функции printValue

Эта команда наиболее полезна, когда вы случайно вошли в функцию, которую не хотите отлаживать.

Шагнули слишком далеко

При пошаговом выполнении программы вы обычно можете шагать только вперед. Очень легко случайно перешагнуть то место, которое вы хотели исследовать.

Если вы перешагнете намеченное место назначения, обычное дело – остановить отладку и снова ее перезапустить, соблюдая осторожность, чтобы на этот раз не пройти мимо цели.

Шаг назад

Некоторые отладчики (такие как Visual Studio Enterprise Edition и GDB 7.0) представили возможность пошагового выполнения, обычно называемую шагом назад или обратной отладкой. Цель шага назад – отмотать последний шаг назад, чтобы вы могли вернуть программу в предыдущее состояние. Это может быть полезно, если вы перешагнули цель, или если вы хотите повторно проверить только что выполненную инструкцию.

Реализация шага назад требует большой сложности со стороны отладчика (потому что он должен отслеживать отдельное состояние программы для каждого шага). Из-за сложности эта возможность еще не стандартизирована и зависит от отладчика. На момент написания (январь 2019 г.) ни Visual Studio Community Edition, ни последняя версия Code::Blocks не поддерживают эту возможность. Надеюсь, что в какой-то момент в будущем она попадет в эти продукты и станет доступной для более широкого использования.

Независимо от обстоятельств код, создаваемый разработчиками программного обеспечения, далеко не всегда работает так, как задумано. В некоторых случаях все идет совершенно не по плану! В подобных ситуациях необходимо выяснить, почему так происходит. При этом вместо многочасового изучения кода в поисках ошибок гораздо проще и эффективнее будет использовать средство отладки (отладчик).

К сожалению, отладчик не является той волшебной палочкой, по мановению которой будут выявлены абсолютно все проблемы в коде. Процесс отладки подразумевает пошаговое выполнение кода в средстве отладки (например, в Visual Studio) в поисках точки, в которой вы допустили ошибку при написании программы. Таким образом, вы получите возможность проанализировать код и внести в него необходимые исправления. При этом средства отладки часто допускают внесение временных изменений, благодаря чему вы можете продолжать выполнение программы.

Эффективное использование отладчика также требует определенных навыков, которые вырабатываются только с практикой, однако умение работать с ним является основополагающим требованием к любому разработчику программного обеспечения. В этой статье мы познакомим вас с основными принципами отладки и поделимся рекомендациями о том, с чего можно начать.

Проанализируйте проблему, задавая себе правильные вопросы

Это поможет вам выяснить, в чем состоит проблема, прежде чем приступать к ее решению. Мы полагаем, что вы уже сталкивались с проблемами в коде, иначе вряд ли читали бы сейчас эту статью в поисках советов по его отладке! Итак, прежде чем начать отладку, проанализируйте проблему, которую вы пытаетесь решить:

Что именно должен был выполнить код?

Что произошло вместо этого?

Если во время выполнения приложения вы столкнулись с ошибкой или исключением, это может быть хорошим признаком! Исключение возникает в том случае, если при выполнении кода происходит непредвиденное событие (как правило, это ошибка какого-либо рода). С помощью средства отладки вы можете перейти точно к тому месту в коде, где возникло исключение, и исследовать возможные способы исправления ситуации.

Если произошло что-то еще, каковы признаки проблемы? Есть ли у вас предположения относительно того, в каком месте кода возникла проблема? Например, если код должен выводить какой-то текст, но при этом текст содержит ошибки, вы можете сделать вывод, что в этом случае используются неверные данные или код вывода текста содержит ошибки другого рода. При пошаговом выполнении кода в отладчике вы можете изучить каждое изменение переменных и точно определить, когда и каким образом были присвоены неверные значения.

Проверьте свои предположения

Прежде чем исследовать причины возникновения ошибки, проверьте предположения, на основании которых вы ожидаете тот или иной результат. Скрытые или неизвестные предположения могут помешать выявлению проблемы, даже если вы изучаете непосредственно место ее возникновения в отладчике. Перечень возможных предположений может быть достаточно большим. Чтобы проверить их, задайте себе несколько вопросов.

Используете ли вы нужный API (то есть соответствующие объект, функцию, метод или свойство)? Возможно, используемый вами API работает не так, как вы ожидаете. (После проверки вызова API в отладчике для исправления проблемы и выявления нужного API вам может потребоваться обратиться к документации.)

Правильно ли вы используете API? Даже если вы выбрали нужный API, он может использоваться неправильно.

Нет ли в вашем коде опечаток? Некоторые опечатки, например ошибки в написании имени переменной, могут быть незаметными, особенно при работе с языками, в которых не требуется объявление переменных перед их использованием.

Вносили ли вы изменения в код и могут ли они быть связаны с возникшей проблемой?

Должны ли объект или переменная содержать определенное значение (или определенный тип значения) и соответствует ли это действительности?

Известно ли назначение кода? Как правило, отладка кода, написанного другим разработчиком, дается гораздо сложнее. Если это не ваш код, возможно, для его эффективной отладки вам потребуется изучить, что он делает.

При написании кода старайтесь начинать с небольших и гарантированно работающих фрагментов! (В этом вам может помочь хороший пример кода.) В некоторых случаях для исправления большого сложного фрагмента кода можно начать с маленького сегмента, демонстрирующего основную задачу, которую требуется выполнить. Затем вы можете последовательно изменять или добавлять код в поисках точки возникновения ошибки.

Анализируя собственные предположения, вы можете сократить время, необходимое на поиск проблем в коде. Кроме того, вы можете ускорить решение самих проблем.

Используйте режим пошагового выполнения во время отладки для поиска места возникновения проблемы.

При выполнении приложения в отладчике (в так называемом режиме отладки) осуществляется активный мониторинг всего, что происходит во время работы программы. Кроме того, вы можете в любой точке приостановить работу приложения, исследовать его состояние и при необходимости перейти в режим пошагового выполнения, чтобы изучить необходимые строки кода более детально.

Чтобы перейти в режим отладки в Visual Studio, необходимо нажать клавишу F5 (также вы можете выбрать пункт меню Отладка > Начать отладку или нажать кнопку Начать отладку в панели инструментов "Отладка"). Если возникает исключение, помощник по исправлению ошибок Visual Studio направит вас к точке его появления и предоставит другую необходимую информацию. См. дополнительные сведения об обработке исключений в коде в разделе Приемы и инструменты отладки.

Если исключение не возникает, возможно, вам следует проанализировать определенные места в коде, которые могут являться источником проблемы. На этом этапе следует использовать точки останова в отладчике, благодаря которым вы сможете исследовать код более внимательно. Точки останова — это один из самых простых и важных компонентов надежной отладки. Точка останова указывает, где Visual Studio следует приостановить выполнение кода, чтобы вы могли проверить значения переменных, поведение памяти или последовательность выполнения кода.

Чтобы задать точку останова в Visual Studio, достаточно щелкнуть в левом поле рядом с интересующей вас строкой кода. Также для этого можно поместить указатель мыши в нужную строку и нажать клавишу F9.

Создание образца приложения с ошибками

Сейчас мы создадим приложение, которое содержит некоторые ошибки.

Установите Visual Studio бесплатно со страницы скачиваемых материалов Visual Studio, если еще не сделали этого.

Запустите Visual Studio.

Visual Studio создаст консольный проект и откроет его в обозревателе решений (правая область).

Этот код выводит список, содержащий название галактики, расстояние до нее, а также тип галактики. При отладке важно учитывать предназначение кода. Ниже показан формат одной строки списка, который должен выводить код.

название галактики, расстояние, тип галактики.

Запуск приложения

Нажмите клавишу F5 или кнопку Начать отладку на панели инструментов "Отладка", которая расположена над редактором кода.

По результатам запуска приложения отладчик не демонстрирует никаких исключений. Тем не менее данные, выводимые в окно консоли, не соответствуют ожиданиям. Вот, что мы должны были увидеть.

Вместо этого выводятся следующие данные.

Проанализировав выходные данные и код, мы можем сделать вывод, что в классе GType содержится тип галактики. Нам необходимо выводить на экран тип галактики (например, Spiral), а не название класса.

Отладка приложения

Во время выполнения приложения щелкните в левом поле рядом с вызовом метода Console.WriteLine , чтобы задать точку останова в этой строке кода.

В месте установки точки останова в левом поле появится красный круг.

Поскольку возникшая проблема связана с выходными данными, необходимо начать отладку с проверки кода, который выполняется перед установкой выходных данных.

Выполнение приложения приостановится в заданной точке останова. Место приостановки отладчика будет выделено желтым цветом (при этом желтая строка кода на этот момент не выполнена).

Наведите указатель мыши на переменную GalaxyType справа. После этого разверните theGalaxy.GalaxyType слева от значка гаечного ключа. Как вы можете видеть, GalaxyType содержит свойство MyGType , которому присваивается значение Spiral .

Во время отладки этого же кода установите указатель мыши в конец элемента theGalaxy.GalaxyType и измените его на theGalaxy.GalaxyType.MyGType . Несмотря на допустимость такого изменения, в редакторе кода отображается ошибка, свидетельствующая о невозможности выполнить компиляцию. (В Visual Basic этой ошибки не возникнет, и этот раздел кода будет работать)

Чтобы выполнить отладку примера кода Visual Basic, пропустите несколько следующих шагов до инструкции, по которой нужно щелкнуть Перезапустить .

Анализируя код, в котором задается тип галактики, вы можете увидеть, что свойство GalaxyType класса Galaxy задается как object вместо GType .

Измените предшествующий код на следующий.

Когда отладчик приостановит выполнение на строке Console.WriteLine , вы можете навести указатель мыши на theGalaxy.GalaxyType.MyGType и убедиться, что значение задано правильно.

Удалите точку останова, щелкнув ее кружок в левом поле (также для этого можно выбрать команду Точка останова > Удалить точку останова). После этого нажмите клавишу F5 для продолжения.

Приложение запускается и отображает выходные данные. Теперь все работает правильно, однако вы можете заметить еще одну неточность. Для галактики Small Magellanic Cloud, которая имеет тип Irregular, в консоли не выводится никакой тип.

Установите точку останова в этой строке кода перед инструкцией switch (перед инструкцией Select в Visual Basic).

Здесь задается тип галактики, поэтому нам необходимо изучить эту строку более пристально.

Отладчик приостановит работу в строке кода, где вы задали точку останова.

Наведите указатель мыши на переменную type . Отображается значение S (после кода символа). Вас интересует значение I , поскольку эта галактика должна иметь тип Irregular.

Нажмите клавишу F5 и снова наведите указатель мыши на переменную type . Повторяйте этот шаг, пока в переменной type не появится значение I .

Нажмите клавишу F11 (выберите Отладка > Шаг с заходом или нажмите кнопку Шаг с заходом в панели инструментов "Отладка").

При нажатии клавиши F11 отладчик переходит на одну инструкцию вперед и выполняет соответствующий код. Клавиша F10 (Шаг с обходом) имеет схожую функцию и также полезна при работе с отладчиком.

Нажимайте клавишу F11 до тех пор, пока вы не остановитесь в строке кода с инструкцией switch для значения "I" (инструкция Select для Visual Basic). Здесь вы увидите очевидную ошибку, связанную с опечаткой. Вы ожидали, что код будет выполнен дальше до места, где для MyGType задается тип галактики Irregular, однако вместо этого отладчик полностью пропускает этот код и приостанавливает работу в разделе default инструкции switch (инструкция Else для Visual Basic).

Взглянув на код, вы заметите опечатку в инструкции case 'l' . Вместо этого она должна иметь вид case 'I' .

Щелкните код case 'l' и замените его на case 'I' .

Удалите точку останова и нажмите кнопку Перезапустить, чтобы запустить приложение снова.

Теперь все ошибки исправлены и приложение выдает ожидаемые результаты.

Нажмите любую клавишу, чтобы завершить работу приложения.

Сводка

Если вы сталкиваетесь с проблемой, воспользуйтесь отладчиком и командами пошагового выполнения, такими как F10 и F11, для поиска области кода, в которой возникают ошибки.

Выявив проблемную область кода, используйте отладчик для ее детального анализа. Чтобы определить причину возникновения проблемы, проверьте код во время выполнения приложения в отладчике.

Проверьте переменные и убедитесь, что они содержат значения того типа, который вы ожидаете. Если переменная содержит недопустимое значение, найдите, где оно было задано. Для этого может потребоваться перезапустить отладчик, проверить стек вызовов или выполнить одновременно оба этих действия.

Проверьте, выполняет ли ваше приложение код, который вы ожидаете. (Так, в примере приложения должна была выполняться инструкция switch, устанавливающая тип галактики Irregular, однако нужный код был пропущен из-за опечатки.)

Отладчик представляет собой эффективное средства для выявления ошибок. Средство отладки может искать ошибки вместо вас в том случае, если ему известно предназначение кода. Для этого вы должны указать предназначение. Этого можно добиться с помощью модульных тестов.

Следующие шаги

Из этой статьи вы узнали общие принципы отладки приложений. Теперь вы можете приступить к изучению других возможностей отладчика.

Open with Desktop
View raw
Copy raw contents Copy raw contents Loading

Copy raw contents

Язык программирования — это способ записи программ решения различных задач на компьютере в понятной для компьютера форме.
Процессор компьютера непосредственно понимает язык машинных команд.
Программы на таких языках программисты писали лишь для самых первых ламповых машин — ЭВМ первого поколения.
Программирование на языке машинных команд — дело непростое. Программист должен знать числовые коды всех машинных команд, должен сам распределять память под команды программы и данные.

Эволюция языков программирования

В 1950-х гг. появляются первые средства автоматизации программирования — языки Автокоды. Позднее для языков этого уровня стало применяться название «Ассемблеры».

Появление языков типа Ассемблер облегчило участь программистов.
Переменные величины стали изображаться символическими именами. Числовые коды операций заменились на мнемонические (словесные) обозначения, которые легче запомнить.

Язык программирования стал понятнее для человека, но при этом удалился от языка машинных команд.
Чтобы компьютер мог исполнять программы на Ассемблере, потребовался специальный переводчик — транслятор. Транслятор — это системная программа, переводящая текст программы на Ассемблере в текст эквивалентной программы на язык машинных команд.

Компьютер, оснащенный транслятором с Ассемблера, понимает Ассемблер. В этом случае можно говорить о псевдо-ЭВМ (аппаратура плюс транслятор с Ассемблера), языком которой является Ассемблер.

Языки типа Ассемблер являются машинно-ориентированными, т.е. они настроены на структуру машинных команд конкретного компьютера. Разные компьютеры с разными типами процессоров имеют разный Ассемблер.

Классификация языков программирования.

Язык машинных команд и ассемблер являются языками низкого уровня.
Язык низкого уровня – это язык программирования, предназначенный для определенного типа компьютера и отражающий его внутренний машинный код; языки низкого уровня часто называют машинно-ориентированными языками. Их сложно конвертировать для использования на компьютерах с разными центральными процессорами, а также довольно сложно изучать, поскольку для этого требуется хорошо знать внутренние принципы работы компьютера.

Помучавшись с языками низкого уровня человечество придумало языки высокого уровня.

Язык высокого уровня – это язык программирования, предназначенный для программиста; он не зависит от внутренних машинных кодов компьютера любого типа. Языки высокого уровня используют для решения проблем, и поэтому их часто называют проблемно-ориентированными языками. Каждая команда языка высокого уровня эквивалентна нескольким командам в машинных кодах, поэтому программы, написанные на языках высокого уровня, более компактны, чем аналогичные программы в машинных кодах.

Одна и та же программа на таком языке может быть выполнена на компьютерах разных типов, оснащенных соответствующим транслятором.

Форма записи программ на языках высокого уровня по сравнению с Ассемблером еще ближе к традиционной математической форме, к естественному языку. Языки высокого уровня легко изучаются, хорошо поддерживают структурную методику программирования.

Почитать для саморазвития.
Первыми популярными языками высокого уровня, появившимися в 1950-х гг., были Фортран, Кобол (в США) и Алгол (в Европе). Языки Фортран и Алгол были ориентированы на научно-технические расчеты математического характера. Кобол — язык для программирования экономических задач. В Коболе по сравнению с двумя другими названными языками слабее развиты математические средства, но зато хорошо развиты средства обработки текстов, организация вывода данных в форме требуемого документа. Для первых языков высокого уровня предметная ориентация языков была характерной чертой.
Большое количество языков программирования появилось в 1960—1970-х гг. А за всю историю ЭВМ их было создано более тысячи. Но распространились, выдержали испытание временем немногие. В 1965 г. в Дартмутском университете был разработан язык Бейсик. По замыслу авторов это простой язык, легко изучаемый, предназначенный для программирования несложных расчетных задач. Наибольшее распространение Бейсик получил на микроЭВМ и персональных компьютерах. На некоторых моделях школьных компьютеров программировать можно только на Бейсике.
Однако Бейсик — неструктурный язык, и потому он плохо подходит для обучения качественному программированию. Справедливости ради следует заметить, что последние версии Бейсика для ПК (например, QBasic) стали более структурными и по своим изобразительным возможностям приближаются к таким языкам, как Паскаль.
В эпоху ЭВМ третьего поколения получил большое распространение язык PL/1

Значительным событием в истории языков программирования стало создание в 1971 г. языка Паскаль. Его автор — швейцарский профессор Никлаус Вирт — разрабатывал Паскаль как учебный язык структурного программирования.

Наибольший успех в распространении этого языка обеспечили персональные компьютеры. Фирма Borland International, Inc (США) разработала систему программирования Турбо Паскаль для ПК (позднее, с добавлением поддержки ООП, язык стал называться Object Pascal, а интегрированная система программирования - Delphi).

Паскаль — это не только язык и транслятор с него, но еще и операционная оболочка, обеспечивающая пользователю удобство работы. Паскаль вышел за рамки учебного предназначения и стал языком профессионального программирования с универсальными возможностями. Транслятор с Паскаля по оптимальности создаваемых им программ близок наиболее удачному в этом отношении транслятору — транслятору с Фортрана. В силу названных достоинств Паскаль стал основой нескольких других языков программирования, например, таких как Ада, Модула-2 и др.

Несмотря на хороший старт, в настоящее время Паскаль сдал свои позиции как язык коммерческой разработки. Его еще использую как учебный в некоторых вузах и техникумах, но даже тут он постепенно уступает свои позиции, как мало востребованный на рынке.
Причин этому, на мой взгляд, несколько: и плохая ценовая политика (дистрибутив Дельфи не по карману начинающим разработчикам), так и переход программистского сообщества на открытые языки (open source), во множестве появившиеся в последнее время.

Язык программирования Си (английское название — С) создавался как инструментальный язык для разработки операционных систем, трансляторов, баз данных и других системных и прикладных программ. Так же как и Паскаль, Си — это язык структурного программирования, но, в отличие от Паскаля, в нем заложены возможности непосредственного обращения к некоторым машинным командам, к определенным участкам памяти компьютера. Дальнейшее развитие Си привело к созданию языка объектно-ориентированного программирования Си++.

Еще немного для саморазвития.
Модула-2 — это еще один язык, предложенный Н.Виртом, основанный на языке Паскаль и содержащий средства для создания больших программ.
Компьютеры будущего, пятого поколения называют машинами «искусственного интеллекта». Но прототипы языков для этих машин были созданы существенно раньше их физического появления. Это языки ЛИСП и Пролог.
ЛИСП появился в 1965 г. Язык ЛИСП основан на понятии рекурсивно определенных функций. А поскольку доказано, что любой алгоритм может быть описан с помощью некоторого набора рекурсивных функций, то ЛИСП, по сути, является универсальным языком. С его помощью на компьютере можно моделировать достаточно сложные процессы, в частности интеллектуальную деятельность людей.
Язык Пролог разработан во Франции в 1972 г. также для решения проблемы «искусственного интеллекта». Пролог позволяет в формальном виде описывать различные утверждения, логику рассуждений и заставляет компьютер давать ответы на заданные вопросы.

Реализовать тот или иной язык программирования на ЭВМ — это значит создать транслятор с этого языка для данной ЭВМ (тут имеется в виду не конкретный экземпляр ЭВМ, а архитектура процессора и поддерживаемая им система команд).

Существуют два принципиально различных метода трансляции. Они называются соответственно компиляция и интерпретация. Для объяснения их различия можно предложить следующую аналогию: лектор должен выступить перед аудиторией на незнакомом ей языке.

Перевод можно организовать двумя способами:

полный предварительный перевод — лектор заранее передает текст выступления переводчику, тот записывает перевод, размножает его и раздает слушателям (после чего лектор может и не выступать);
синхронный перевод — лектор читает доклад, переводчик одновременно с ним слово в слово переводит выступление.

Компиляция является аналогом полного предварительного перевода; интерпретация — аналогом синхронного перевода. Транслятор, работающий по принципу компиляции, называется компилятором; транслятор, работающий методом интерпретации, — интерпретатором.

При компиляции в память компьютера загружается программа-компилятор. Она воспринимает текст программы на языке высокого уровня как исходную информацию. После завершения компиляции получается программа на языке машинных команд. Затем в памяти остается только программа на языке машинных команд, которая выполняется, и получаются требуемые результаты.

Интерпретатор в течение всего времени работы программы находится во внутренней памяти. В ОЗУ помещается и программа на языке высокого уровня. Интерпретатор в последовательности выполнения алгоритма «читает» очередной оператор программы, переводит его в команды и тут же выполняет эти команды. Затем переходит к переводу и выполнению следующего оператора. При этом результаты предыдущих переводов в памяти не сохраняются. При повторном выполнении одной и той же команды она снова будет транслироваться. При компиляции исполнение программы разбивается на два этапа: трансляцию и выполнение. При интерпретации, поскольку трансляция и выполнение совмещены, программа на ЭВМ проходит в один этап. Однако откомпилированная программа выполняется быстрее, чем интерпретируемая.

Все это было востребовано в эпоху господства Wintel (Windows + Intel), т.е. одна ОС, одна платформа (Apple и сейчас остается нишевым продуктом), но в последние годы значительную часть рынка отвоевал Android (около 40% на 2018 год) и постепенно набирает популярность Linux, а на рынке процессоров теперь господствует архитектура ARM.

Прикладным программам стала требоваться кроссплатформенность (возможность работать под любой ОС и на любой платформе) и на фоне возросшей мощности компьютерного "железа" востребованы стали интерпретируемые языки, т.к. для обеспечения их кроссплатформенности "достаточно" сделать интерпретатор языка под нужную ОС и платформу.

А теперь посмотрим на TOP-5 самых востребованых языков программирования (критерии оценки могут быть разными, как и получившийся список, но эти чаще всего встречаются):

Также в современной разработке скоростью выполнения программы пренебрегают в пользу скорости разработки. Порог вхождения в разработку в этих языках в целом намного ниже, чем в Си или Паскаль.
Например, на PHP плюются все разработчики, но из-за чрезвычаной простоты языка сайты, разработанные на нем занимают до 80%.

Понятие системы программирования

Системы программирования - это комплекс инструментальных программных средств, предназначенный для разработки программ на одном или нескольких языках программирования. Системы программирования предоставляют сервисные возможности программистам для разработки их собственных компьютерных программ.

Современные системы программирования обычно предоставляют пользователям мощные и удобные средства разработки программ. В них входят:

компилятор или интерпретатор;
интегрированная среда разработки;
средства создания и редактирования текстов программ;
обширные библиотеки стандартных программ и функций;
отладочные программы, т.е. программы, помогающие находить и устранять ошибки в программе;
"дружественная" к пользователю диалоговая среда;
многооконный режим работы;
мощные графические библиотеки; утилиты для работы с библиотеками
встроенный ассемблер;
встроенная справочная служба;
другие специфические особенности.

Многие системы программирования включают также средства RAD (RapidApplication Development – быстрая разработка приложений), например, простой и удобный способ разработки графического интерфейса.

Классификация систем программирования

По набору входных языков различают системы программирования одно- и многоязыковые. Отличительная черта многоязыковых систем состоит в том, что отдельные части программы можно составлять на разных языках и с помощью специальных обрабатывающих программ объединять их в готовую для исполнения на ЭВМ программу.

По структуре, уровню формализации входного языка и целевому назначению различают системы программирования машинно-ориентированные и машинно-независимые. Машинно-ориентированные системы программирования имеют входной язык, наборы операторов и изобразительные средства которых существенно зависят от особенностей ЭВМ (внутреннего языка, структуры памяти и т.д.). Машинно-ориентированные системы позволяют использовать все возможности и особенности машинно-зависимых языков:

высокое качество создаваемых программ;
возможность использования конкретных аппаратных ресурсов;
предсказуемость объектного кода и заказов памяти;
для составления эффективных программ необходимо знать систему команд и особенности функционирования данной ЭВМ;
трудоемкость процесса составления программ (особенно на машинных языках и ЯСК), плохо защищенного от появления ошибок;
низкая скорость программирования;
невозможность непосредственного использования программ, составленных на этих языках, на ЭВМ других типов.

Отладчик в системе программирования

Отладка — этап разработки компьютерной программы, на котором обнаруживают, локализуют и устраняют ошибки. Чтобы понять, где возникла ошибка, приходится:

узнавать текущие значения переменных;
выяснять, по какому пути выполнялась программа.

Существуют две взаимодополняющие технологии отладки.

Использование отладчиков — программ, которые включают в себя пользовательский интерфейс для пошагового выполнения программы: оператор за оператором, функция за функцией, с остановками на некоторых строках исходного кода или при достижении определённого условия.
Вывод текущего состояния программы с помощью расположенных в критических точках программы операторов вывода — на экран, принтер, громкоговоритель или в файл. Вывод отладочных сведений в файл называется журналированием.

Отладчик помогает анализировать поведение отлаживаемой программы, обеспечивая ее трассировку, выполняя остановы в указанных точках или при заданных условиях, позволяя просмотреть текущие значения переменных, содержимое ячеек памяти, а иногда и регистров процессора, и при необходимости изменить эти значения. Отладчик является важной составной частью системы программирования.
Трассировка программы заключается в выполнении программы или ее участка, сопровождающая выводом на экран, принтер или другой регистрацией в хронологической последовательности информации о событиях, связанных с выполнением программы. Трассировка программы применяется при отладке или тестировании программы, когда программа пользователя или ее отлаживаемый участок выполняется под управлением специальной программы-трассировщика. При этом, например, можно выводить на экран или в некоторый регистрирующий файл все встретившиеся при выполнении программы помеченные операторы в той последовательности, в которой они фактически выполняются. Таким образом может отслеживаться программная логика. При трассировке программы можно контролировать и значения переменных, важных для поиска ошибки, и т.д. Информация об отладочных действиях задается трассировщику, который изменяет объектную программу в оперативной памяти, размещая в точках трассировки команды перехода на программу трассировки, выполняющую требуемую регистрацию. Более сложные трассировщики могут также изменять объектную программу,исключать и вставлять операторы, позволяя таким образом программисту в течение одного и того же прогона программы не только локализовать ошибки, но и попытаться исключить их и посмотреть на результат этого исключения.

Популярные системы программирования:

Хочу обратить внимание на Visual Studio Code — активно развивающийся, бесплатный редактор исходного кода, разработанный Microsoft для Windows, Linux и macOS. Позиционируется как «лёгкий» редактор кода для кроссплатформенной разработки веб- и облачных приложений. Включает в себя отладчик, инструменты для работы с Git, подсветку синтаксиса, IntelliSense и средства для рефакторинга. Т.е. это не полноценный IDE, но вполне подходит для разработки на PHP, JS, имеет систему плагинов, т.е. может быть добавлена поддержка и других языков.

Исходный, объектный и загрузочный модули.

Рассмотрим структуру абстрактной многоязыковой, открытой, компилирующей системы программирования и процесс разработки приложений в данной среде.

Современные системы программирования позволяют удобно переходить от одного этапа к другому. Это осуществляется в рамках так называемой интегрированной среды программирования, которая содержит в себе текстовый редактор, компилятор, компоновщик, встроенный отладчик и, в зависимости от системы или ее версии, предоставляет программисту дополнительные удобства для написания и отладки программ.

Интегрированная среда программирования.

Устанавливать нужно только "Классические приложения .NET"

Отладчики (debugger), декомпиляторы и дизассемблеры - все для отладки и изучения исходного кода программ.

Мультипроцессорный дизассемблер работающий под Windows, Linux и Мас.

Интегрированная среда разработки, предназначенная для создания AVR-приложений.

OllyDbg 2.0 – это отличный Win32 отладчик с огромным количеством необходимых функций, плагинов и настроек.

Расширение для Firefox, которое позволяет исследовать самые глубокие стороны и углы DOM (объектная модель документов).

Программа, предназначенная для сбора информации об исполняемых файлах.

Syser Kernel Debugger- очень мощный отладчик уровня ядра, предназначен для сборки и отладки исходного кода.

Это средство, которое представляет собой один из лучших отладчиков программ.

Программа для анализа и редактирования EXE, DLL файлов.

Среда для всестороннего автоматизированного тестирования Windows, NET, Java и веб-приложений

Бесплатная программа автоматического перевода, позволяющая логировать все операции, написанная на языке Java.

Программа для отслеживания данных передаваемых между USB носителями и компьютером.

PE Explorer - приложение, предназначенное для редактирования и просмотра системных, исполняемых и прочих файлов в форматах SCR, DPL, BPL, CPL, OCX, DRV, EXE, DLL, SYS и т.д.

Hex Editor - редактор, предназначенный для работы с шестнадцатеричным и двоичным кодом.

Программа для отслеживания всех записей в реестре, которые выполняет выбранный процесс.

Программа, предназначенная для сравнения программного кода, предназначенная для программистов и веб-дизайнеров.

Меленькая программа для мониторинга, контроля и убивания процессов, запущенных в операционной системе.

Программа для мониторинга всех файлов, с которыми взаимодействует отдельно выбранный процесс.

Системная утилита, отслеживающая работу процессов программ, запущенных в операционной системе.

Программа, позволяющая узнать подробнейшую информацию о любом приложении, без необходимости его запуска.

Инструмент для проверки программ, который помогает в обнаружении тонких ошибок в заимодействии с системой.

Программа для тестирования и отладки передачи данных по протоколу RS232.

Программа, которая позволяет отслеживать содержимое блоков памяти в ключе выбранного процесса.

Deleaker Add-in for Visual C++ - расширение для Visual Studio 2003-2005, позволяющее проводить анализ ошибок программирования и выяснять причины утечек памяти.

Инструмент для просмотра информации о внезапно зависшей программе.

Аналитическая утилита и графический клиент, основанный на CQP и R коэффициентах.

Приложение, предназначенное для оптимизации кода HTML документов.

Программа, которая отображает все экспортируемые функции и информацию о них из выбранных пользователем DLL библиотек.

Генератор отчетов, предназначенный для разработчиков программного обеспечения, работающим с Microsoft Visual Studio.

Virtual Serial Port ActiveX Control - приложение, позволяющее создавать виртуальные серийные порты и контролировать их.

Читайте также: