Hibakeresés és javítás

1. Hibajelenségek

Az előző fejezetekben a hibafelderítéssel foglalkoztunk, ennek a fejezetnek a tárgya a hiba behatárolása, a hiba kijavítása.

Első lépésként tekintsük át, hogy milyen hibajelenségekkel találkozhatunk, és észlelésükkor mi a teendő!

1.1. Szintaktikus hiba

Csak értelmezés (interpretálás) esetén fordul elő, hiszen a fordítóprogramok korábban még a fordítási fázisban kijelzik, s nem is készül el a futtatható változat.

Ennél a hibánál nincs különösebb teendőnk, hiszen a hibajelenség a hibás utasításnál (vagy annak „környékén”) jelentkezik, csak ki kell javítanunk.

1.2. Végrehajtási hiba

Futás során a fordítóprogram által beépített hibafigyelő eljárás által adott hiba, például nullával osztás, túlcsordulás stb. Az ilyen hibajelenségek közös jellemzője, hogy a leállás sorában szerepel a – rossz értéke miatt – hibát okozó változó, és meg kell keresni, hogy értéke hol romlott el.

1.3. Nem áll le a program

Végtelen ciklusra utaló jelenség, a program láthatólag semmit nem csinál, mégsem fejeződik be. Rosszabb, ha valamit eközben tesz is (képernyőre ír, fájlba ír stb.)

Ekkor a program külső leállításakor általában meg lehet tudni az aktuálisan végrehajtott utasítást. Innen kiindulva meg kell keresni azt a ciklust, amelyik nem fejeződik be, majd meg kell találnunk e nem befejeződés okát (azaz a ciklusfeltétel „változatlanságának” okát).

Sajnos nem biztos, hogy a jelenség hiba következménye, lehet ugyanis, hogy csak túl lassú a programunk, és nem győztük kivárni a befejeződését. (Erre a hatékonysággal összefüggő kérdésre egy későbbi fejezetben még visszatérünk.)

1.4. Nem ír ki semmit a program, illetve „részlegesen” ír ki

A program futása leáll, és nem látunk semmilyen eredményt, vagy a várt eredmények közül csak egyeseket látunk.

Ebben az esetben vagy elfelejtettünk valamilyen kiíró utasítást tenni a programba, vagy rossz helyre írjuk ki az eredményt (pl. nem abba a fájlba, mint ahova kellene), vagy pedig a kiírások ugyan szerepelnek a programban, de egy olyan ágon, amelyet nem mindig vagy nem a kellő pillanatban hajtunk végre.

Bármelyik esetről is van szó, teendőnk a kiíró utasítások végigbogarászása, kijavítása vagy jó helyre tétele.

1.5. Rosszat ír ki a program

Hasonló a helyzet a futási hibák esetéhez, itt is ugyanaz a teendő, mint amit ott már részleteztünk.

A hibakeresés akkor kezdődik, ha egy hibajelenséget tapasztaltunk, és célja a hiba helyének megtalálása. Először módszereket fogunk áttekinteni, majd megnézzük, hogy ehhez milyen eszközök állnak rendelkezésünkre.

Ha a hibakeresés véget ért, akkor kezdődik a hibajavítás.

E két résztevékenységre vonatkozóan a tesztelés alapelveihez hasonlóan megfogalmazhatunk néhány alapelvet.

Vissza a tartalomjegyzékhez

2. A hibakeresés alapelvei

• A hibakeresési eszközök használata előtt célszerű igen alaposan végigvizsgálni a programot, és a program logikája alapján megkeresni a hiba okát. A hibakereső eszközöket csak a program alapos vizsgálata után vegyük igénybe!
• Ha a programban hibát találunk, akkor ennek a program más részeire is lehet hatása, azaz elképzelhető, hogy újabb hibákat is fogunk találni.
• A hibák száma és súlyosságuk általában a program méreténél sokkal gyorsabban növekszik.

Vissza a tartalomjegyzékhez

3. A hibajavítás alapelvei

• Amíg a hiba helyét és okát pontosan nem találtuk meg, addig ne kezdjünk bele a javításba! A programban végzett meggondolatlan javítások újabb hibákat okozhatnak.
• A hibát kell kijavítani és nem csak a tüneteit megszüntetni! Ha nem vizsgáljuk meg elég körültekintően a hiba okát, akkor csak részben tudjuk javítani.
• A hibajavítás után a programot alapos tesztnek kell alávetni! Az eddigi teszteket újból el kell végeznünk! Javítás közben új hibák keletkezhetnek.
• Annak a valószínűsége, hogy egy hibát jól kijavítottunk, a program méretével arányosan csökken.
• A hibajavítás visszanyúlhat a program tervezési fázisába is. Nagy programok esetén a programhibák többsége a tervezés során keletkezik.

Vissza a tartalomjegyzékhez

4. Hibakeresési módszerek

A hibakeresési módszerek kétféle kérdésre adhatnak választ:

• A bemenetnek mi az a része, amire hibásan működik a program?
• Hol található a programban a hibát okozó utasítás?

Ehhez jön a hibajavítás:

• Mire kell kicserélni a hibás részt, hogy a hibát megszüntessük?

Először a hibaosztályt azonosítjuk, azaz arra a kérdésre keressük a választ, hogy milyen adatfélékre működik helytelenül a programunk.

4.1. Indukciós módszer

Indukció [Új Magyar Lexikon]: Abból a tényből, hogy nagyszámú tárgynak meghatározott tulajdonsága van, és közös nemhez tartozik, arra következtetünk, hogy az adott nemhez tartozó összes tárgynak megvan ez az ismertetőjegye.

A hibakeresést a következőképpen végezzük: kiindulunk a rendelkezésre álló teszteset-eredményekből, majd megpróbáljuk azokat rendezni. Célszerű megvizsgálni az olyan teszteseteket is , amelyek nem idézik elő az adott hibát. A rendezett adatokból megpróbálunk valamilyen feltevést tenni a hiba okára vonatkozóan.

A legelső feltevés, hogy a program csak azokra az esetekre hibás, amelyeket már kipróbáltunk, és rájuk rossz eredményt kaptunk. Ha ezt a feltevést igazolni tudjuk, akkor következhet a hiba lokalizálása, majd kijavítása, egyébként a hibás bemenő adatok körét próbáljuk meg – fokozatosan – bővíteni újabb teszteléssel! Igazoljuk az egyre bővülő adathalmazra a program hibás működését mindaddig, amíg csak lehet.

Végül eljutunk a bemenő adatoknak ahhoz a halmazához, amelyre a program hibás, és egy másikhoz, amelyre pedig helyes. Ezután meg kell állapítanunk, hogy a programon átvezető tesztutak mely ágai azok, amelyek a hibás tesztpredikátumnak megfelelnek, és melyek azok, amelyek nem. Azokon a programágakon kell keresni a hibát, amelyek csak a hibás teszt-predikátumhoz tartoznak.

4.2. Dedukciós módszer

Dedukció [Új Magyar Lexikon]: Abból az ítéletből, hogy az adott nemhez tartozó összes tárgy meghatározott ismertetőjeggyel rendelkezik, arra következtetünk, hogy bizonyos, az adott nemhez tartozó tárgyak szintén rendelkeznek a szóban forgó ismertetőjeggyel.

A módszer lényege az, hogy egyre szűkíti a hiba lehetséges okainak körét. A meglévő teszteset-eredményekből adódó mindenféle lehetséges okot fel kell tételezni az első lépésben, majd ezek közül ki kell küszöbölni azokat, amelyek a részletesebb vizsgálat során nem állják meg a helyüket. Ha egy feltevést teszünk, ugyanúgy igazolnunk kell, mint az előző módszer esetén. Ha nem sikerül, akkor újabb információkat kell gyűjtenünk a hibakereséshez a hiba-jelenségről.

Ha elérkeztünk a hibás adatok köréhez, akkor már ugyanaz a teendőnk, mint az előbbi esetben volt.

Ha a hiba természetét kiderítettük, akkor következhet a lokalizálás, a hibahelykeresés.

4.3. Visszalépéses technika – hibahelykeresés „elvben”

A legismertebb hibakeresési módszer, amelyet úgy végzünk el, hogy kiindulunk a hiba előfordulásának helyéről, és a programot „visszafelé” hajtjuk végre mindaddig, míg a végrehajtás eredményét hibásnak találjuk. Ha elérkeztünk egy olyan ponthoz a programban, ahol a hibás eredmények után helyes eredményeket kapunk, akkor valószínűleg megtaláltuk a hiba forrását.

A visszalépéses technikát sokszor segítik hibakeresési eszközök, melyek segítségével a visszalépést nem kézzel kell elvégezni, hanem a program futása során automatikusan megtörténik.

4.4. Teszteléssel segített hibakeresés – hibahelykeresés „eszközzel”

A teszteseteket megkülönböztethetjük aszerint, hogy hibát akarunk felfedezni, vagy pedig egy ismert hibát akarunk előidézni a programban (a hiba okát keresve). Az utóbbi típusú tesztesetek szolgálnak hibakeresésre (emlékeztetünk itt a tesztesetek megismételhetőségére).

Ezeknek a teszteseteknek jellegzetessége, hogy csak egyetlen feltételt fednek le. Az első két módszer alapján még esetleg több programágon is lehet a hiba; teszteseteket úgy kell választani, hogy mindegyik tesztesethez más-más programág tartozzon!

Ezt a módszert általában nem önállóan, hanem az előző három módszer segítésére használjuk.

Vissza a tartalomjegyzékhez

5. Hibakeresési eszközök

A hibakeresési eszközök a programozási környezet olyan elemei, amelyek a hiba okának megállapítását, a hiba helyének megkeresését teszik könnyebbé azzal, hogy futás közbeni információt szolgáltatnak a programról.

Egyes eszközök alkalmazásához a programszövegbe tesztelő utasításokat kell elhelyezni, az eszközök alkalmazása után pedig eltávolítani. A gyakori hibakeresésnél azonban sokszor éppen azt kell visszaírni, amit előzőleg eltávolítottunk. Emiatt a jó fordítóprogramok működnek ún. tesztelő üzemmódban, amelyben a tesztelő utasításokat is bele kell fordítani a célprogramba, normál üzemmódban azonban nem. Ilyen esetben a tesztelő utasításokat nem kell kitörölni a programszövegből.

Az animáció bemutatja a teszteset készítés alapjait és ennek a hibakeresésben játszott szerepét:

5.1. Kiírás

A leggyakrabban használt eszköz alkalmas adatkiírások elhelyezése. Kétféle fajtája lehet.

Az egyikben a programszöveg bizonyos helyeire helyezünk el tesztkiírásokat. Ha a futás során arra a pontra érünk, akkor a benne szereplő változókat a program kiírja, majd várakozik a továbbindításra.

A másikban a kiírandó változókat rögzítjük, és értékük a futás során mindig látszik/megnézhető a képen. Ez utóbbi gyakran más eszközökkel (pl. töréspont) kombináltan jelenik meg.

Egy primitívebb fajtája az assembly programoknál használatos regiszter, illetve memóriakiírás.

5.2. Nyomkövetés

A nyomkövetés lényege a végrehajtott utasítások követése a programban. Itt tehát futás során az eredményképernyő mellett a programszöveget is látnunk kell. A programszövegből vagy az éppen végrehajtott utasítást látjuk, vagy a teljes programszövegben mutatja egy mutató az aktuális utasítást, vagy pedig algoritmikus struktúrák végrehajtását figyelhetjük meg.

A nyomkövetés kiterjedhet a program egészére, de megjelölhetünk programrészeket, és ilyenkor csak ezek végrehajtását kell követni. A programrész lehet a teljes program; egy adott eljárás és mindazok, akiket hív; vagy egy adott eljárás az általa hívott eljárások nélkül. Egyes esetekben pedig mi helyezhetünk el a programszövegben tetszőleges helyre nyomkövetést bekapcsoló, illetve kikapcsoló utasításokat.

A nyomkövetés általában sokféle információt adhat a program futásáról: a végrehajtott utasítás mellett kiírhatjuk a képernyőre annak hatását (értékadásnál a változóba elhelyezett értéket, elágazás- vagy ciklusfeltétel kiértékelésénél annak igaz vagy hamis értékét).

Egy szűkebb információt adó változatban csak bizonyos típusú utasításokat nyomkövetünk, például az eljárás- és függvényhívásokat.

5.3. Adatok nyomkövetése

A nyomkövetés egy speciális változatában nem az utasításokat vizsgáljuk, hanem a változókat. Ebben az esetben akkor kapunk a képernyőn üzenetet, ha a kijelölt változó(ka)t valaki használja, illetve módosítja.

Az adatok nyomkövetését könnyen megvalósíthatjuk az általunk készített típusok moduljaiban: csupán annyi a teendőnk, hogy a típust kezelő eljárásokat ellássuk megfelelő kiíró utasításokkal.

5.4. Nyomkövetés a hibától visszafelé

Ez egy olyan nyomkövetési eljárás, amely akkor lép életbe, ha a program futása hibával megszakadt (valamint ha a lépésenkénti végrehajtás során mi magunk kezdeményezzük ezt). Ekkor – a végrehajtásról gyűjtött adatok alapján – elindulunk a programban „visszafelé”, és látjuk mindazt, amit a normális nyomkövetésnél láttunk.

5.5. Töréspontok elhelyezése

A töréspontok a program olyan utasításai, amelyeknél a végrehajtásnak meg kell állnia, a felhasználó információt szerezhet a program állapotáról, majd folytatódhat a végrehajtás.

Egy speciális fajtája az a – végtelen ciklusok felfedésére szolgáló – változat, amikor a töréspontnak kijelölt utasításnak csak adott darabszámszori végrehajtása után kell a futást felfüggeszteni.

Leálláskor a felhasználó dönthet a futtatás abbahagyásáról, illetve folytatásáról. Megnézheti változók értékeit, nyomkövetést be- és kikapcsolhat, töréspontokat megszüntethet, illetve újakat definiálhat stb. Sőt némely környezet azt a – nem veszélytelen – lehetőséget is biztosítja, hogy egy-egy változó értékét módosítsuk, és újabb elindítás nélkül lokalizálhassunk esetleges más hibákat is. (Veszélyes, mert elvonhatja a figyelmünket az épp megtalált hibáról, illetve ha nem minden szükséges változót állítottunk megfelelő értékűre, akkor „álhibák” keletkezhetnek, vagy meglévő hibák kendőződhetnek el.)

5.6. Töréspontok elhelyezése

A töréspontok a program olyan utasításai, amelyeknél a végrehajtásnak meg kell állnia, a felhasználó információt szerezhet a program állapotáról, majd folytatódhat a végrehajtás.

Egy speciális fajtája az a – végtelen ciklusok felfedésére szolgáló – változat, amikor a töréspontnak kijelölt utasításnak csak adott darabszámszori végrehajtása után kell a futást felfüggeszteni.

Leálláskor a felhasználó dönthet a futtatás abbahagyásáról, illetve folytatásáról. Megnézheti változók értékeit, nyomkövetést be- és kikapcsolhat, töréspontokat megszüntethet, illetve újakat definiálhat stb. Sőt némely környezet azt a – nem veszélytelen – lehetőséget is biztosítja, hogy egy-egy változó értékét módosítsuk, és újabb elindítás nélkül lokalizálhassunk esetleges más hibákat is. (Veszélyes, mert elvonhatja a figyelmünket az épp megtalált hibáról, illetve ha nem minden szükséges változót állítottunk megfelelő értékűre, akkor „álhibák” keletkezhetnek, vagy meglévő hibák kendőződhetnek el.)

5.7. Lépésenkénti végrehajtás

Ez tulajdonképpen olyan eszköz, amely a program minden utasítására egy töréspontot definiál. A program minden utasításának végrehajtása után lehetőség van a töréspontoknál ismertetett beavatkozásokra.

5.8. A hiba helyének és okának kijelzése

Fordítóprogramoknak általában vannak olyan lehetőségei, hogy a futás közbeni ellenőrzéseket beépítsék a program kódjába, illetve kihagyják belőle. A kihagyás a már biztosan helyes programnál futási időt csökkentő tényező lehet, emiatt érdemes a kész programokat így lefordítani.

A befordított ellenőrzések (pl. túlcsordulás, indextúllépés) viszont elősegítik a hibajelenségek minél korábbi felismerését.

5.9. Állapotellenőrzés

Ha a programot valamely formális tervezési eszközzel készítettük (levezetés, helyességbizonyítás), akkor rendelkezésünkre állnak a program állapotára vonatkozó állítások. Ilyen állításokat egyébként tetszőleges programhoz is készíthetünk. Az automatikus ellenőrző rendszer feladata annak ellenőrzése, hogy a program megfelelő pontjain ezek az állítások valóban teljesülnek-e vagy sem.

Ez az eszköz hasonlít az előzőre, de nemcsak az ún. fatális hibákat jelzi, hanem a futás közbeni teljes állapotot ellenőrzi.

Az állapotellenőrzés alkalmas lehet feltételes töréspontok, feltételes kiírásának elhelyezésére a programban.

Vissza a tartalomjegyzékhez

6. Tipikus hibák

A hibakeresést nagyban megkönnyíti az, ha tudjuk, hogy mire figyeljünk. Szép számmal vannak olyan hibák, amelyeket sokan, sokszor követnek el. A hibakeresés első lépése lehet e tipikus hibák megvizsgálása. Ebben a fejezetben ezeket soroljuk fel vázlatszerűen.

6.1. Gépelési hibák

• 0 számjegy és O betű keverése
• Alapszavak különírása
• Változónevek és alapszavak egybeírása
• Elválasztójel hiánya vagy rossz helyre tevése vagy keverése (,;:)
• Sorokra tagolási hiba

6.2. Elágazásszervezési hibák

• Elágazás ágainak felcserélése
• Sokirányú elágazás hibás feltételű kétirányúvá alakítása
• Sokirányú elágazás nem létező egyéb ággal
• Elágazáslezárási hiba (nincs, vagy rossz helyen van)

6.3. Ciklusszervezési hibák

• Kezdő és lezáró utasítások rossz helyen vannak
• Hibás ciklushatárok, lépésköz
• 0 vagy nagyon kis valós szám lépésközű ciklus
• Számlálós ciklus ciklusmagja akkor is lefut egyszer, ha nem kell
• Kilépési feltételben szereplő változónak az első belépéskor még nincs értéke
• Ciklusváltozó nem változtatása feltételes ciklusnál
• Ciklusváltozó változtatása számlálós ciklusnál

6.4. Bemeneti adatok hibái

• Hibás típusú bemenő adat
• Kevesebb adat beolvasása, mint amit a program vár
• Több adat beolvasása, mint amit a program vár
• Nem megengedett típusú változó beolvasása

6.5. Kimeneti adatok hibái

• Hibás típusú kimenő adat
• Kép utolsó sorába írás soremeléssel → a kép elcsúszik
• Kép jobb alsó pontjába írás → a kép elcsúszik

6.6. Fájlok hibái

• Nem létező fájl megnyitása
• A fájl nem ott van, ahol keressük
• Nem adtuk meg a fájlnévben a kiegészítőt
• Nem azonos a fájl szerkezete azzal, amit a program vár
• Hibás fájlvége-kezelés
• Írásvédett fájlba írás

6.7. Változókkal kapcsolatos hibák

• Hatásköri hibák
• Láthatósági hibák
• Kezdőérték nélküli változó használata (a program előszörre, illetve másodszorra különbözőképpen futhat)
• Konstans megváltoztatása
• Ciklusváltozó használata a cikluson kívül

6.8. Kifejezések hibái

• Típuskeveredés
• Túlcsordulás vagy alulcsordulás (emiatt asszociativitási, disztributivitási hibák)
• Hibás zárójelezés
• Nullával osztás, négyzetgyök, logaritmus negatív számból
• Kerekítési hiba
• Szimmetrikus logikai műveletek miatti hibák
• Tömbindexhatár-hibák, memóriaméret-hibák, indexek felcserélése
• Logikai formulák tagadásában az ÉS és a VAGY műveletek hibás tagadása

6.9. Eljárások hibái

• Aktuális paraméterek száma nem megfelelő
• Aktuális paraméterek típusa nem megfelelő
• Aktuális paraméterek sorrendje nem megfelelő
• A függvényérték típusa nem megfelelő
• Nincs függvényérték-visszaadás a függvénydefinícióban vagy valamelyik ágán
• Érték szerinti paraméter megváltoztatása nem jut vissza a hívóhoz
• Mellékhatások problémái

6.10. Grafikai hibák

• Ablakrelativitás figyelembe nem vétele
• Szövegvágás furcsaságai (teljes szövegre vágás)
• Képernyő vágás nélküli kezelése – kívülre rajzolás miatti memóriafelülírás
• Nem megfelelő grafikus kártya
• Grafikus driver hiánya
• Nem az aktuális grafikus kártya méretparamétereihez igazodó rajzolás
• Torzítási hibák (négyzet, kör)

Vissza a tartalomjegyzékhez