【軟件構造】第七章第四節 調試

第七章第四節 調試

防不勝防的bug引入了代碼，如何發現並消除之？

Outline

• 什麼是bug
• 調試的基本過程
• 調試的技術與工具

Notes

## 什麼是bug

• bug即程序中的錯誤，致使程序以非預期或未預料到的方式執行。
• 一個包含大量bug和/或嚴重干擾其功能的bug的程序被稱爲buggy。
• 報告程序中的bug一般被稱爲bug報告、故障報告、問題報告、故障報告、缺陷報告等

【bug產生的緣由】

• 代碼錯誤
• 未完成的要求或不夠詳細
• 誤解用戶需求
• 設計文檔中的邏輯錯誤
• 缺少文件
• 沒有足夠的測試

【bug的常見類型】

• 數學bug：例如 零除法，算術溢出
• 邏輯bug：例如 無線循環和無限遞歸
• 源頭bug：例如 使用了爲被定義的變量、資源泄漏，其中有限的系統資源如內存或文件句柄經過重複分配耗盡而不釋放。緩衝區溢出，其中程序試圖將數據存儲在分配存儲的末尾。
• 團隊工程bug：例如 評論過期或者評論錯誤、文件與實際產品的區別

## 調試的基本過程

• Debug是測試的後續步驟：測試發現問題，debug消除問題；當防護式編程和測試都沒法擋住bug時，咱們就必須進行debug了；
• Debug的目的：尋求錯誤的根源並消除它；（Debug佔用了大量的時間）

【調試的過程】

• 經常使用方法：假設-檢驗
• 重現（Reproduce）-->診斷（Diagnose/Locating）-->修復（Fix）-->反思（Reflect）
• 重現（Reproduce）：尋找一個可靠、方便得在線需求問題的方法。
  • 從最小的測試用例開始復現錯誤（保持復現bug的前提降低低輸入規模）
  • 消除因版本、環境、配置等不一樣引發的差別（經過構建軟件實現），肯定bug出現的環境（經過程序模擬硬件平臺的細節，實現不一樣的操做系統環境）
  • 利用逆向設計推斷致使錯誤的輸入
  • 若沒法重現，則沒法觀察以證實分析和修補的正確性
• 診斷（Diagnose/Locating）：構建假設，並經過執行實驗來測試它們，直到您確信已識別錯誤的根本緣由。
  • 從假設開始，構造實驗，證實它是對的或者錯的
  • 從不符合理論的觀察結果開始，修正理論
  • 查看致使錯誤的測試輸入，以及錯誤的結果，失敗的斷言以及由此致使的堆棧跟蹤
  • 提出一個與全部數據一致的假設，說明錯誤發生的位置或錯誤發生的位置，設計實驗測試假設
  • 收集實驗數據，減小錯誤可能出現的範圍，作出新的假設
  • 設計不一樣的實驗：檢查內部狀態、修改運行方式、改變自己邏輯 
  • 每次只作一個修改、作好記錄、不忽略細節、運行不一樣的測試用例、設置斷點、用可實現相同功能而且被證明無問題的組件替代當前組件
• 修復（Fix）：設計和實施解決問題的變化，避免引入迴歸，並保持或提升軟件的總體質量。
  • 確保從乾淨的源代碼樹開始
  • 運行現有的測試，並證實它們經過
  • 添加一個或多個新測試，或修復現有測試，以演示錯誤
  • 修復錯誤、發現可改進之處
  • 證實你的修復工做正常且沒有引入迴歸（之前經過的測試如今失敗）
  • 若是引入迴歸，經過回顧之前的版原本找出確切的變化
• 反思（Reflect）：思考需求、設計、測試、結構（庫、編譯器等）

 

 ## 調試的技術和工具

【調試技術】

• 暴力調試（Brute Force Attack）
  • 蠻力方法能夠分爲至少三類：
    
    • 看內存導出文件
    • 根據「在整個程序中分散打印語句」的常見建議進行調試。
    • 自動化調試工具
• 遞歸調試（Induction）
• 演繹調試（Decution）
• 回溯調試（Backtracking）
• 測試調試（Testing）

【調試工具】

• 語法和邏輯檢查（本課程未涵蓋）
• 源代碼比較器(Source-code comparator)（參見第2章中的SCM）
• 內存堆轉儲（Memory heap dump）
• 打印調試/日誌記錄(Print debugging / logging)
• 堆棧跟蹤(Stack trace)
• 編譯器警告消息(Compiler Warning Messages)
• 調試器(Debugger)
• 執行分析器(Execution Profiler)（見第8章）
• 測試框架(Test Framework)（見第7-5節）