Канер С. Тестирование программного обеспечения

Подождите немного. Документ загружается.

484 Часть III: Управление проектами и группами

Надоедливая программа

Бип! Вы уверены?

Бип! Ваш диск заполнен на 85%. Пожалуйста, поскорее его освободите.

Бип! Вы действительно уверены?

Бип! За последний час вы ни разу не сохраняли текст.

Бип! Ваш диск заполнен на 86%. Пожалуйста, поскорее его освободите.

Бип! Пожалуйста, введите еще раз свой пароль.

Бип! Вы ничего не вводите вот уже десять минут. Пожалуйста, выйди-

те из системы.

Бип! Ваш диск заполнен на 86%. Пожалуйста, поскорее его освободите.

Бип! Вы не ответили на 14 сообщений.

Напоминания, предупреждения и вопросы, разумеется, полезны, но во

всем следует соблюдать меру.

Вам действительно нужна справочная

информация и графика при скорости обмена

300 бод?

При низкоскоростном соединении с сервером программ и данных,

когда компьютер пользователя работает в режиме терминала, программа

должна быть написана так, чтобы через соединение передавался минимум

информации. Справочная система, длинные меню, красивые картинки —

все эти преимущества современного интерфейса могут просто выводить

пользователя из себя, когда они медленно-медленно прорисовываются на

экране. Нередко в подобных ситуациях наилучшим решением является

интерфейс командной строки.

Подобным же образом испытывать терпение пользователя может и

красивая, но медленная печать. Для сложных, но не необходимых графи-

ческих изображений стоит предусматривать быстро печатаемые черновые

варианты.

Вывод

Выходная информация программы должна быть полной и понятной

читающему ее человеку или программе. Она должна включать все необхо-

димое пользователю и быть представлена в желаемом им формате. Выход-

ная информация должна направляться на любое указанное пользователем

устройство.

Невозможно получить определенные данные

У пользователя должна быть возможность получить (увидеть и распеча-

тать) любые данные, которые он ввел, включая и техническую информа-

Приложение: Распространенные программные ошибки 485

цию, например, формулы, введенные в ячейки электронной таблицы, или

определения полей базы данных.

Невозможно перенаправить вывод

У пользователя должна быть возможность направить вывод программы

на указанное им устройство. Например, очень часто возникает необходи-

мость сохранить предназначенные для печати данные в дисковом файле.

Затем их можно отредактировать или напечатать в другой программе, бо-

лее быстрой или удобной.

Программа не должна препятствовать пользователю направлять данные

на неожиданные устройства — плоттеры, ленточные накопители и т.п.

Формат, неподходящий для дальнейшей

обработки

Если программа должна сохранять данные в формате, понятном другой

программе, необходимо проверить их совместимость. Это означает, что

следует раздобыть копию второй программы, сохранить данные в первой и

прочитать во второй. Об этом тесте часто забывают, особенно если про-

граммы разработаны разными компаниями.

Слишком мало или слишком много выходной

информации

У пользователя должна быть возможность модифицировать отчет, что-

бы распечатать только необходимую информацию. Зачем ему просматри-

вать ворох распечаток в поиске двух-трех строчек? Избыток информации

является почти таким же серьезным недостатком, как и ее отсутствие.

Невозможность форматирования выходной

информации

Полученные данные пользователь может захотеть представить в удобном

ему виде: что-то выделить, подчеркнуть, что-то отделить, перегруппировать

определенные данные. Для этого программа может сохранять данные в

формате какого-нибудь распространенного текстового процессора.

Абсурдная степень точности

Глупо представлять результат операции 4,2 + 3,9 в виде 8,1000000.

Выходные данные, как правило, должны округляться до степени точности

входных или же просто соответствовать заранее определенному формату.

486 Часть III: Управление проектами и группами

Невозможность форматирования заголовков

таблиц и подписей рисунков

Следует предоставлять пользователю возможность изменять положение,

шрифт и даже текст подписей и заголовков таблиц, диаграмм, графиков и

т.п.

Невозможность изменения масштаба графиков

У пользователя должна быть возможность изменить заданный по умол-

чанию масштаб формируемых программой графиков и диаграмм.

Обработка ошибок

Ошибки в подсистемах обработки ошибок чрезвычайно распростране-

ны. Программа может не распознавать все возможные ошибки, не предот-

вращать те из них, которые легко могут быть предотвращены, или плохо

справляться с их последствиями.

Предотвращение ошибок

В книге Йордана (Yourdon, 1975) целая глава посвящена технике пре-

дотвращения ошибок. Программы должны быть защищены от недопусти-

мого ввода и неправильной эксплуатации. Простейшим способом защиты

является проверка вводимых данных.

Неверное начальное состояние

Если определенная область памяти должна содержать нули, программе

не мешает это проверить, прежде чем ее использовать.

Неадекватная проверка пользовательского

ввода

Недостаточно просто сказать человеку, что он не должен вводить чи-

сел, состоящих больше чем из трех цифр. Программа должна проверить,

действительно ли введенные данные соответствуют этому условию. Если

пользователь может что-то ввести, программа должна адекватно на это

среагировать.

Неадекватная защита от испорченных данных

Где гарантия, что хранящиеся на диске данные в порядке? Возможно,

кто-то редактировал файл, а может быть, он был испорчен в результате

аппаратного сбоя. Даже если программист проверил файл после его запи-

си на диск, необходимо удостовериться, что к моменту чтения файл остался

в том же состоянии.

Приложение: Распространенные программные ошибки 487

Не выполнена проверка переданных

параметров

Подпрограмма не должна предполагать, что ее всегда вызывают пра-

вильно. Она должна сама удостовериться в адекватности переданных дан-

ных.

Недостаточная защита от ошибок

операционной системы

В операционной системе имеются ошибки. Некоторые из них могут

проявляться при обращении приложений к определенным интерфейсным

функциям. Если, например, программист знает, что при попытке печати

данных сразу после их сохранения на диске операционная система сбоит,

он должен гарантировать, что программа ни при каких обстоятельствах не

будет этого делать.

Не выполняется проверка версии

Если исполняемый код хранится в нескольких файлах, кто-то может

попытаться использовать новую версию одних файлов со старой версией

других. Модернизируя программное обеспечение, пользователи часто до-

пускают подобные ошибки. Поэтому программа должна проверять версии

всех своих файлов и сообщать пользователю о несоответствиях.

Недостаточная защита от неправильного

использования

Люди могут намеренно вводить в программу неверные данные, чтобы

посмотреть, как она на это отреагирует. Мотиваций всех и каждого не

предусмотришь. Утверждение, что ни один разумный человек не станет

использовать программу подобным образом не защищает ее от людей не-

разумных.

Выявление ошибок

Как правило, у программ достаточно информации для определения

правильности данных или их обработки. В этом разделе описаны некото-

рые часто игнорируемые программистами возможности выявления ошибок.

Переполнение

Переполнение — это ситуация, когда результаты вычислений слишком

велики, чтобы программа могла их обработать. Часто так получается при

сложении или умножении очень больших чисел, при делении на нуль или

делении очень маленьких чисел. Программа обязательно должна проверять

488 Часть III: Управление проектами и группами

результаты подобных операций, однако некоторые продукты этого не де-

лают.

Невозможные значения

Программа должна проверять переменные, чтобы удостовериться, что

хранящиеся в них данные не являются заведомо неверными. Например,

программа не должна принимать такие даты, как 31 февраля. Если про-

грамма выполняет одно действие, когда некоторая переменная имеет зна-

чение 0, и другое, когда она имеет значение 1, и никаких других значений

переменная иметь не может, следует все же проверить ее содержимое перед

принятием решения, а не считать, что, если в переменной не 0, значит, 1.

Непроверенные данные

Кто-то может попытаться снять со своего счета 10 млн долларов, однако

программа должна запросить разрешение на такую транзакцию еще у не-

скольких людей.

Флаги ошибок

Программа вызывает подпрограмму, в которой происходит сбой. Под-

программа заносит информацию об этом в определенную переменную,

называемую флагом ошибки. После вызова программа может проверить

флаг, а может и забыть это сделать — такое случается довольно часто.

Возвращенные подпрограммой испорченные данные будут использованы

как правильный результат.

Аппаратные сбои

Программа должна учитывать, что устройства, к которым она подклю-

чается, могут сбоить. Многие устройства достаточно интеллектуальны,

чтобы сообщить о неудачном выполнении переданных им команд. В этом

случае программа должна прекратить взаимодействие с устройством и со-

общить о произошедшем пользователю.

Сравнение данных

Подводя баланс своих доходов и расходов, вы сверяете предполагаемый

остаток денег с реальным содержимым своего кошелька. Если суммы не

сходятся, значит, в ваших записях допущена ошибка. У программ также

часто имеется возможность сверить два набора данных или результаты

проведенных двумя способами вычислений.

Восстановление после ошибок

Происходит ошибка, программа замечает ее и пытается что-то предпри-

нять. Часто код, выполняющий восстановление после нестандартных ситу-

Приложение: Распространенные программные ошибки 489

аций, бывает очень плохо отлажен, а иногда даже не протестирован вовсе.

В то же время ошибки в подсистемах восстановления обычно имеют крайне

неприятные последствия для пользователя.

Автоматическое исправление ошибок

Некоторые программы способны не только выявлять ошибки, но и

исправлять их, никого не беспокоя, на основе других данных или опреде-

ленных правил. Это замечательная способность при условии, что исправ-

ление всегда выполняется правильно.

Отсутствие сообщения об ошибке

Программа должна обязательно сообщать о любой своей ошибке, даже

если ошибка внутренняя и ее последствия исправлены автоматически. Не

обязательно сообщать об ошибке пользователю, иногда достаточно сооб-

щить о произошедшем администратору многопользовательской системы или

внести запись в файл журнала.

Не установлен флаг ошибки

Если в подпрограмме происходит ошибка, предполагается, что подпрог-

рамма установит соответствующий флаг. Если она этого не сделает, вызы-

вающая программа будет считать, что возвращенные ей данные верны, что

приведет к новым ошибкам.

Куда возвращается управление?

Если в определенном фрагменте кода происходит сбой, пусть даже

правильно обработанный, куда будет передано управление после этого?

Особенно остро эта проблема стоит в программах, в которых используют-

ся не вызовы подпрограмм, а переходы по команде GOTO.

Прекращение выполнение программы из-за

ошибки

Ошибка в программе может быть такой серьезной, что либо програм-

ма прекратит свою работу сама, либо это сделает пользователь. Будут ли

при этом закрыты все открытые файлы? Будет ли сделана необходимая

запись в файле журнала? Короче говоря, завершит ли программа свою

работу корректно или оставит после себя полнейший хаос?

Обработка аппаратных отказов

Программа должна разумно вести себя в случае аппаратных сбоев и

отказов. Если диск переполнен, она должна уметь записать данные на

другой носитель, а не потерять их. Если устройство долгое время не отве-

490 Часть III: Управление проектами и группами

чает, она должна предположить, что оно отключено, а не сидеть и ждать

вечно.

Ну нет у меня нужного диска!

Предположим, что программа просит пользователя вставить диск с

необходимыми ей файлами. Если пользователь вставляет не тот диск или

же диск не читается, программа сообщает об этом и просит вставить дру-

гой диск. Однако, если другого диска у пользователя нет, должна быть

возможность сообщить об этом программе и продолжить работу, а не пе-

резагружать систему.

Ошибки, связанные с граничными

условиями

Граничное условие определяет поведение программы. Если это условие

касается данных, то с одной стороны определяемой условием границы

данные обрабатываются одним способом, а с другой — другим. Вот три

очень распространенных примера ошибок, связанных с граничными усло-

виями.

•

Неправильная обработка граничного значения. Если программа увели-

чивает на 1 любое число, которое меньше 100, и отвергает числа,

которое больше 100, что она будет делать, если пользователь введет

число 100?

• Неверное граничное условие. В спецификации сказано, что программа

должна увеличивать на 1 любое число, которое меньше 100, но от-

вергать все числа больше 95.

•

Неправильная обработка данных, не соответствующих граничным усло-

виям. Значения с одной стороны границы невозможны, нежелатель-

ны, недопустимы или невероятны. Для их обработки вообще не

написано никакого кода. Что делает программа, если пользователь

вводит число, которое больше 100, — корректно его отвергает или

разрушается?

На самом деле концепция граничных условий гораздо шире. Она охва-

тывает не только данные, но вообще любые аспекты поведения програм-

мы, к которым может быть применено понятие границ. Любые фрагменты

кода, определяющие что-либо как наибольшее, самое старое, первое, самое

длинное, произошедшее впервые и т.п., потенциально могут содержать

одни и те же ошибки. А раз так, почему бы не применять к ним одинако-

вые термины.

Приложение: Распространенные программные ошибки 491

Числовые ограничения

Одни числовые ограничения относительно произвольны, другие пред-

ставляют собой естественные границы обрабатываемых программой значе-

ний. У треугольника ровно три стороны (не больше и не меньше). Сумма

величин его углов равна 180 градусам. В одном байте могут храниться

значения от 0 до 255. Если символ является буквой, его код находится в

диапазоне о 65 до 90 или от 97 до 122.

Ограничения на равенство

Элементы списка могут отличаться, а могут быть и одинаковыми. Как

сработает сортировка в каждом из случаев? Если в списке содержатся чис-

ла, как на их основе будут вычислены результаты статистических функций,

в частности те, алгоритм вычисления которых в случае одинаковых пара-

метров включает деление на 0?

Количественные ограничения

Длина входной строки не должна превышать 80 символов. Что будет,

если пользователь введет 79, 80 или 81 символ?

Может ли в списке быть только один элемент? Ни одного? Какова

величина среднего отклонения для списка чисел, состоящего из одного

элемента? (Оно может быть нулевым или неопределенным.)

Пространственные ограничения

Если, например, программа рисует график в прямоугольнике опреде-

ленного размера, что будет, если одну из точек графика нарисовать вне

прямоугольника?

Ограничения времени

Предположим, что программа отображает запрос, 60 секунд ожидает

ответа, а затем, если ответа нет, отображает меню. Что произойдет, если

пользователь начнет что-то вводить в процессе отображения меню?

Предположим, что у пользователя есть 30 секунд для ответа на телефон-

ный звонок. Через 30 секунд телефон перестает звонить и вызов перенап-

равляется оператору. Что будет, если снять трубку на 30-й секунде? Можно

ли ответить на звонок по истечении 30 секунд, но до того, как на него

ответит оператор?

Предположим, что вы нажимаете на клавишу <Пробел> в то время, как

операционная система загружает с диска программу. Что произойдет?

Информация о нажатии клавиши может быть проигнорирована, сохране-

на операционной для загружаемой программы или передана другой актив-

ной в этот момент программе. А может быть, произойдет нечто совсем уж

неожиданное, например, разрушение системы.

492 Часть III: Управление проектами и группами

Условия гонок представляют собой граничные значения времени.

Условия циклов

Вот пример цикла:

10 IF CountVar < 45

THEN PRINT "Это цикл"

SET CountVar TO CountVar + 1

GOTO 10

ELSE QUIT

Программа печатает слова "Это цикл" и увеличивает значение перемен-

ной CountVar на 1 до тех пор, пока ее значение не станет равным 45. После

этого программа прекращает работу. Выражение CountVar < 45 является

условием выполнения цикла. Граничное значение (в данном случае мак-

симальное) представляет в нем число 45. Возможно также наличие в условии

цикла минимального граничного значения, а также обоих: 10 < CountVar < 45.

О тестировании условий циклов подробно рассказывает Бейзер (Beizer, 1990).

Ограничения объема памяти

Каковы максимальный и минимальный объемы памяти, с которыми

может работать программа? (Да-да, существуют программы, которые не

могут работать со слишком большим объемом памяти.) Как программа

использует свою память: разбивает на страницы, сегментирует? Не теряют-

ся ли первый или последний байты сегмента? (Кстати говоря, начинается

ли их нумерация с 0 или с 1?) Используется ли программой виртуальная

память, т.е. выгружается ли часть страниц данных на диск? Если да, как

выполняется чтение данных? Возможно так: страница — из памяти, стра-

ница — с диска, страница — из памяти, страница — с диска и т.д. Как это

отражается на производительности программы?

Ограничения, связанные со структурой данных

Предположим, что программа хранит данные в виде записей. Каждая

запись состоит из имени сотрудника, его учетного номера и оклада. Пра-

вильно ли программа читает с диска первую запись? Последнюю? Как

программа отмечает конец одной записи и начало следующей? Все ли дан-

ные соответствую этому формату? Что, если у двух служащих окажутся

одинаковые учетные номера?

Ограничения, связанные с аппаратным обеспечением

Если мэйнфрейм способен обслуживать до сотни терминалов, что будет

при подключении 99, 100, 101-го. Что, если 100 человек одновременно

попытаются к нему подключится?

Приложение: Распространенные программные ошибки 493

Что произойдет, когда диск заполнится до отказа? Если в каталоге

может храниться до 128 файлов, что будет, если попытаться сохранить в

нем 127, 128 и 129-й файл? Если у принтера имеется входной буфер, что

будет, если программа заполнит его, но у нее останутся еще неотправлен-

ные данные? Что будет, если в принтере закончится бумага или картридж?

Невидимые границы

Не все граничные условия программы видны извне. Например, под-

программа может вычислять результат по одной формуле, если значение

аргумента больше 100, и по другой в противном случае. Очевидно, что 100

в данном случае является граничным значением, но вы можете даже не по-

дозревать об использовании такого алгоритма вычислений.

Ошибки вычислений

Программа что-то вычисляет и получает неверный результат. Этому

могут быть три причины.

• Неверная логика. Ее причиной может быть опечатка, например, А-А

вместо А+А. Возможно также, что программист неаккуратно разбил

сложное выражение на несколько более простых. Возможно, он

воспользовался неверной или неприменимой к данной ситуации

формулой. (Это, впрочем, уже ошибка проектирования — код делает

именно то, что хотел программист, но его представление о том, что

должно быть сделано, неверно.)

•

Неправильно выполняются арифметические операции. Возможно, что

допущена ошибка при кодировании базовых функций, например,

сложения или умножения. Такая ошибка может проявляться при

каждом выполнении данной операции (например, 2+2=5), а может

только в некоторых случаях. Как бы там ни было, при работе про-

граммы, использующей неверно закодированную функцию, возмож-

ны ошибки.

• Неточные вычисления. Если программа выполняет арифметические

операции над числами с плавающей запятой, возможны ошибки

округления и отсечения. После ряда промежуточных округлений 2+2

может оказаться равным 5, даже если в программе нет логических

ошибок.

Данная область настолько велика, что в этом приложении мы рассмат-

риваем ошибки вычислений лишь самым поверхностным образом. Для

начального ознакомления с этим вопросом можно порекомендовать книги

таких авторов, как Конте и Де Буа (Conte & deBoor, 1980) и Кнут (Knuth,

1981). Для его дальнейшего изучения подойдут книги Конте и Де Буа,

Карнахана (Carnahan), Лютера и Уилкеса (Luter & Wilkes, 1969).

494 Часть III: Управление проектами и группами

Устаревшие константы

Иногда константы используются в программах непосредственно. При-

мерами могут служить следующие значения: к компьютеру может быть

подключено до 64 терминалов; длина конфигурационного файла не долж-

на превышать 706 байтов; первыми двумя цифрами года являются 19. Когда

эти значения меняются, приходится менять и программу. При этом случа-

ется, что, изменив значение в одном месте программы, забывают изменить

его в другом, что является источником множества ошибок.

Ошибки вычислений

Некоторые ошибки очень просты, например, выполнение сложения

вместо вычитания или перестановка параметров функции. Исправить их

обычно не составляет труда. Если программа запрашивает входные данные,

выполняет вычисления, а затем отображает результат, выполните те же

вычисления самостоятельно и сравните полученные данные.

Неверно расставленные скобки

(А + (В + С) * (D + (А / С - В Е / (В+ (F + 18 /

(А - F))))))

Выражения с обилием скобок очень трудно проверять и в них легко

ошибиться, особенно когда некоторое время спустя после написания про-

граммы в нее вносятся изменения.

Неправильный порядок операторов

Программа может выполнять вычисления не в том порядке, в каком

ожидает программист. Например, если ** означает возведение в степень,

так что 5 ** 3 означает 5 в кубе, будет ли 2 * 5 ** 3 равно 1000 (10 в кубе)

или 250 (5 в кубе умноженное на 2)?

Неверно работает базовая функция

Коммерческие языки и средства разработки программ обычно постав-

ляются с определенным набором базовых функций, таких как функции,

выполняющие сложение и умножение. Кроме того, некоторое количество

таких функций программисты могут написать самостоятельно, и эти фун-

кции могут содержать ошибки, вероятность возникновения которых прямо

пропорциональна сложности функции. (Строго говоря, даже встроенные

функции языка не гарантированы от ошибок, хотя обычно они очень тща-

тельно протестированы.) Иногда, желая сделать код более быстрым или

коротким, программисты пользуются неточными формулами аппроксима-

ции.

Приложение: Распространенные программные ошибки 495

Переполнение и потеря значащих разрядов

Переполнение (overflow) — это ситуация, когда результаты вычислений

слишком велики, чтобы программа могла их обработать. Предположим для

примера, что программа хранит все числа в целом формате, выделяя для

них по одному байту. С числами от 0 до 255 все получается прекрасно.

Однако сложить 255 и 255 такая программа не может, поскольку результат

не помещается в один байт. Подобные вещи происходят и при вычислени-

ях с плавающей точкой, когда дробная часть оказывается слишком боль-

шой.

Переполнение может возникнуть и в случае, когда результат вычисле-

ния оказывается слишком маленьким. Как программе сохранить число

0,34674335, если для хранения дробной части выделен только один байт? В

этом случае программы поступают по-разному — отсекают непоместивши-

еся цифры или преобразуют результат в 0. В обоих случаях имеет место

потеря значащих разрядов (underflow).

Ошибки отсечения и округления

Предположим, что программа может хранить числа длиной не более

двух цифр. В числе 5,19 три цифры. Если программа просто отсечет циф-

ру 9, она сохранит 5,1. Вместо этого она может округлить число, и тогда

будет сохранено 5,2, что гораздо ближе к исходному значению.

Если язык программирования позволяет хранить до двух десятичных

знаков, говорят, что он работает с точностью до двух цифр. Выполняемые

им вычисления будут неточными. Например, 2,05

равняется приблизитель-

но 74. Однако если округлить 2,05 до 2,1, тогда 2,05

будет равно прибли-

зительно 86. Если отсечь цифру 5, получив 2,0, результатом возведения в

степень будет 64.

Языки, работающие с точностью до двух цифр, нам неизвестны, а вот

работающие с точностью до шести цифр встречались. Вычисления такой

точности годятся для простых расчетов, но в сложных математических

программах они могут привести к очень серьезным ошибкам.

Путаница с представлением данных

Одно и то же число может быть представлено несколькими способами,

которые нельзя путать. Предположим, например, что программа просит вас

ввести число между 0 и 9. Вы вводите 1. Программа может сохранить это

число в формате с фиксированной точкой в одном байте. В байте 8 битов,

так что его содержимое будет таким: 0000 0001. Программа может посту-

пить и иначе и сохранить ASCII-код введенной цифры. ASCII-код едини-

цы равен 49 или ООН 0001 в двоичном формате. В обоих случаях результат

помещается в одном байте. Позднее можно перепутать способы хранения

496 Часть III: Управление проектами и группами

и интерпретировать содержимое этого байта как число вместо кода или

наоборот. Это только один из множества возможных примеров.

Неправильное преобразование данных из одного

формата в другой

Программа просит ввести число между 0 и 9. Вы вводите 1. Это сим-

вол, и программа получает его код — 49. Чтобы превратить полученную

информацию во введенное вами число, программа должна вычесть из зна-

чения кода число 48. Вместо этого она вычитает 49 и получает 0. Каждый

фрагмент программного кода, в котором выполняется преобразование

формата данных, является потенциальным источником ошибок. Имейте в

виду, что обычно в программе выполняется огромное количество преобра-

зований — между различными форматами числовых значений, числами и

строками, символами и цифрами и т.п.

Неверная формула

Во многих программах используются сложные формулы. Программист

может ошибиться, переписывая формулу из книги, взять вообще не ту

формулу или же неправильно ее запрограммировать.

Неправильное приближение

Многие формулы для приблизительной оценки значений разработаны

задолго до появления компьютеров. Они являются исключительно полез-

ным достижением, позволяющим сократить количество вычислений, но

результаты получаются очень неточными. Благодаря вычислительной мощи

современной компьютерной техники, в значительной части этих формул

больше нет нужды. Однако они присутствуют во многих учебниках и по-

прежнему используются многими программами, отчего страдает точность

результатов. Поэтому планируя тестирование программ, в которых много

математических и статистических расчетов, позаботьтесь, чтобы в группе

был хоть один специалист, основательно разбирающийся в этих вопросах.

Начальное и последующие состояния

Как правило, выполнение программой определенной функции начина-

ется с инициализации ее переменных. Процесс инициализации заключается

в объявлении переменных, определении их типов, выделении для них

памяти и присвоении им начальных значений. Начальные значения часто

читаются программой с диска. Что, если там не окажется файла? Иници-

ализация одних данных выполняется при запуске программы, других — при

первом вызове функции, а третьих — при каждом ее вызове.

Приложение: Распространенные программные ошибки 497

Возможные стратегии инициализации данных определяются языком

программирования, а их выбор в каждом конкретном случае — нуждами

программы. Вот несколько примеров.

• Объявленные в функции переменные могут сохранять свои значения

от одного ее вызова до другого. Такие переменные часто называют

статическими. Их используют для тех данных, которые функция

должна сохранить для следующего вызова. Другие переменные эта

же функция может инициализировать при каждом своем запуске.

Для правильной работы со статическими переменными функция

должна определять, была ли она уже вызвана хотя бы раз, и, если

нет, инициализировать все эти переменные.

• Локальные переменные функции могут стираться из памяти сразу же

после завершения ее работы. Такие переменные называют динами-

ческими. Каждый раз, когда функция вызывается, она должна по-

вторно инициализировать все свои динамические переменные.

• За присвоение переменной начального значения может отвечать как

компилятор, так и программист. Если программист не присвоил

переменной начальное значение, одни компиляторы присваивают ей

0, а другие не заботятся об очищении выделенного переменной

участка памяти, и в ней может оказаться все что угодно.

Ошибки инициализации обычно проявляются при первом вызове фун-

кции, когда она не инициализировала свои переменные правильно, и при

втором, когда она неправильно выполнила повторную инициализацию.

Иногда ошибки инициализации зависят от пути выполнения программы. За

выполнение инициализации переменных могут отвечать фрагменты кода

функции, выполняющиеся в одних случаях, и не выполняющиеся в других.

Не присвоены начальные значения

Многие компиляторы очищают выделяемую для переменных память,

таким образом инициализируя их нулями или пустыми значениями. Одна-

ко, когда начальное значение переменной не должно быть нулевым, мно-

гие программисты забывают его присвоить. Такая ошибка обычно

обнаруживается сразу, как только программа обращается к неправильно

инициализированным данным.

Не инициализирована переменная, управляющая

циклом

Переменная, управляющая циклом, определяет, сколько раз будут выпол-

нены составляющие его операторы. Например, программа печатает первые

10 строк текстового файла. Как только достигается 11-я строка, програм-

498 Часть III: Управление проектами и группами

ма останавливается. При следующем запуске функция, выполняющая всю

эту работу, должна снова присвоить счетчику строк значение 1.

Не инициализирован указатель

В переменных-указателях хранятся адреса памяти. Такая переменная

может, например, указывать начало определенной строки. Значение указа-

теля может меняться: например, вначале он содержит адрес первого сим-

вола строки, затем второго, третьего и т.д. Если указатель неправильно

инициализировать или забыть инициализировать вообще, он может содер-

жать неверный адрес. Если программа отображает фрагмент строки, "му-

сор" или не те элементы массива, скорее всего, ошибка связана с

использованием указателей.

Не очищена строка

В строковых переменных хранятся последовательности символов. Если

значением числовой переменной может быть 5, то значением строковой —

Привет, меня зовут Сергей. Строковые переменные могут отличаться по

длине. Переменной, в которой хранилась строка Привет, меня зовут Сер-

гей можно присвоить более короткую строку Пока. Присваивание может

работать по-разному (это зависит от компилятора и выбранного способа).

Если программист не допишет в конец новой строки пробелы, в результа-

те может получиться Покает, меня зовут Сергей.

Не инициализированы регистры

Регистрами называются специальные области памяти объемом в не-

сколько байтов, обычно находящиеся внутри центрального процессора.

Хранящимися в них данными компьютер манипулирует гораздо быстрее,

чем теми, которые записаны в обычной оперативной памяти. Поэтому

программисты часто пользуются регистрами для временного хранения дан-

ных. Они копируют несколько переменных в регистры, работают с ними,

а затем копируют их значения обратно в память. После этого бывает не-

обходимо восстановить исходные значения регистров, о чем часто забыва-

ют. Забывают также загрузить данные в один или несколько регистров.

Не сброшен флаг

Флаги — это переменные, значения которых являются сигналами об

определенных условиях. Флаг может быть установлен (истинен, включен,

равен 1) или сброшен (очищен, ложен, выключен, равен 0 или -1). В нор-

мальном состоянии флаг сброшен. Если одна часть программы хочет сооб-

щить другой о наступлении определенного события — о сбое,

инициализации переменной, ее переполнении, о том, что пользователь

нажал на клавишу, и т.п., тогда она устанавливает флаг этого события.

Приложение: Распространенные программные ошибки 499

Состояние флага всегда должно соответствовать условию, с которым он

связан. Например, подпрограмма может сбрасывать свой флаг при вызове

и устанавливать при выходе. Таким образом, установленный флаг будет

означать, что выполнение процедуры завершено нормально. Разумеется,

никакая другая процедура этим флагом пользоваться не должна. Некоторые

программы устанавливают и сбрасывают одни и те же флаги во многих

местах кода, так что трудно сказать, достоверны их значения или нет.

Данные должны были инициализироваться в другом

месте

Функция может инициализировать не все свои данные. Например,

переменные, которые она использует совместно с какой-нибудь другой

функцией, могут инициализироваться обеими. Предположим, что несколь-

ко функций из одного и того же меню используют несколько переменных,

инициализируемых программой при отображении этого меню. Если другого

способа вызвать эти функции нет, тогда все в порядке. Но что, если одна

из этих функций присутствует и в другом меню либо вызывается из блока

обработки ошибки в другой функции или еще откуда-нибудь?

Не выполнена повторная инициализация

Программист может забыть удостовериться, что при повторном вызове

функции в ее переменных содержатся правильные значения. Если, напри-

\ мер, переменная сохраняет свое значение от вызова к вызову и при ее

создании компилятор автоматически присваивает ей 0, программисту это-

го делать не нужно. Но только при первом вызове. Когда функция вызва-

на второй раз, в переменной, скорее всего, уже не нулевое значение.

Ожидает ли программист, что в ней всегда О?

Имейте в виду, что инициализация не всегда выполняется в самом

начале подпрограммы. При одном способе входа в нее или одном пути ее

выполнения данные могут быть инициализированы правильно, а при дру-

гом — нет.

Предположение, что данные не были

инициализированы

Иногда программа может инициализировать данные несколько раз под-

ряд. Такое повторение в общем не приносит вреда, за исключением потерь

I времени.

Путаница со статическими и динамическими

переменными

Динамические переменные создаются при входе в функцию и разруша-

ются при выходе из нее, в то время как статические создаются при самом

500 Часть III: Управление проектами и группами

первом входе в функцию и сохраняют свои значения от вызова к вызову.

В одних языках программирования локальные переменные функций всегда

являются динамическими, в других же программист может при их описа-

нии определять и время их жизни. В этом случае программист легко мо-

жет забыть, как он объявил переменную, и обращаться со статическими

данными как с динамическими или наоборот. В результате программа будет

работать, исходя из неверных предположений о содержимом переменных.

Не предполагавшаяся модификация данных,

выполняемая другими подпрограммами

После инициализации подпрограмма может использовать переменную,

не меняя ее значение. При повторном входе в подпрограмму или после

вызова из нее других подпрограмм эта переменная может не инициализи-

роваться, поскольку программист полагает, что ее значение осталось неиз-

менным. Однако для этого переменная должна быть объявлена как

локальная для данной функции. Если же программист забыл это сделать

или язык программирования не поддерживает концепции локальных пере-

менных, любая другая процедура может изменить значение данной пере-

менной.

Ошибочная инициализация

Программист может присвоить переменной неверное значение, вместо

переменной с плавающей запятой объявить целую, объявить динамическую

переменную вместо статической или глобальную вместо локальной. Мно-

гие из этих ошибок выявляются компилятором, но некоторые проявляют-

ся и в процессе выполнения программы.

Зависимость от инструментальных средств, которыми

пользователь может не уметь пользоваться или

которых он может не иметь

Такое случается, хотя и не часто. Главное же, что на ошибки такого

рода можно просто не обратить внимание. Например, программист пред-

полагает, что для изменения некоторых аспектов операционной среды

пользователь продукта воспользуется определенной утилитой. Тестировщик

выполнит необходимую настройку перед первым запуском программы, но

потом о ней просто забудет.

Ошибки управления потоком

Управление потоком — это определение того, в какой последовательно-

сти и при каких обстоятельствах выполняются операторы программы. Если

очередным действием программы оказывается не то, которое предполагал

Приложение: Распространенные программные ошибки 501

программист, значит, имеет место ошибка управления потоком. Результа-

том может быть очевидно неверное поведение программы или ее остановка,

хотя последствия могут оказаться и не настолько очевидными.

Очевидно неверное поведение программы

Программа отображает на экране "мусор" или выводит искаженное

изображение, сохраняет "мусор" на диске, невпопад начинает печатать или

выполняет совершенно неожиданные действия. Все это означает, что про-

грамма вышла из-под контроля. Такие ошибки наиболее очевидны, и их

легко найти и исправить. Хотя они все выглядят похожими, их причины

могут быть различны. Ниже приводится несколько примеров подобных

ошибок. Искать их специально не имеет смысла, если только вы не обла-

даете некоторыми познаниями в программировании и не знакомы с внут-

ренней структурой программы.

Переход по GOTO

Оператор GOTO передает управление другой части программы. Если

управление передано не туда, возможны самые разнообразные, но, как

правило, очевидные последствия. Программа может "зависнуть", отобра-

зить на экране нечто явно неподходящее и т.п.

У программистов команда GOTO крайне непопулярна, и ее использо-

вание считается дурным тоном. Сторонники структурного программирова-

ния утверждают, что нет такой программы, при написании которой без

этих операторов нельзя было бы обойтись. И более того, без них програм-

мы более последовательны и читабельны и содержат меньше ошибок (Йор-

дан (Yourdon, 1976)).

Ошибки наиболее вероятны в следующих ситуациях.

• Выполняется переход назад, особенно к оператору, перед которым

выполнялась необходимая инициализация данных и устройств;

• Выполняется непрямой переход — по адресу, хранящемуся в пере-

менной. Если значение переменной изменится, программа перейдет

к другому месту кода. Читая исходный текст, трудно сказать, пра-

вильное ли значение будет находиться в переменной при каждом

обращении.

Логика, основанная на определении

вызывающей подпрограммы

Подпрограмма может определять, что ей делать, в зависимости от того,

откуда она была вызвана. Если она не правильно определит то или другое,

произойдет ошибка. Как правило, при использовании данного приема

вызывающая процедура устанавливает флаг или присваивает определенной

502 Часть III: Управление проектами и группами

переменной значение, позволяющее определить, откуда выполнен вызов.

Если этими же флагами и переменными пользуются и другие процедуры,

программа становится запутанной и в ней очень вероятны ошибки. Поэто-

му такая логика программирования крайне непопулярна.

Использование таблиц переходов

Программы могут пользоваться таблицами адресов, по которым осуще-

ствляется переход в той или иной ситуации. Таблица адресов может хра-

ниться в дисковом файле, чтобы ее можно было редактировать, не меняя

при этом программу. Это очень удобно для дальнейшей поддержки продук-

та, но связано с определенным риском.

• В таблице могут быть неверные адреса, особенно если она редакти-

руется вручную.

• Если таблица длинная, при ее составлении легко допустить ошибки

и к тому же пропустить их в ходе тестирования.

• Предположим, что в таблице пять элементов и программа выбира-

ет один из них в зависимости от значения определенной перемен-

ной. Что будет, если значением этой переменной окажется 6?

• После модификации кода можно забыть обновить таблицу перехо-

дов.

Выполнение данных

По содержимому группы байтов невозможно определить, хранится ли

в них команда программы либо один или несколько символов, число или

адрес памяти. Программа просто держит различные типы информации в

разных местах памяти. Если же она попытается выполнить данные как

команду, то, скорее всего, "зависнет". Некоторые компьютеры выявляют

попытки выполнения "невозможных" команд и останавливают программу,

выдав сообщение об ошибке.

Программа может попытаться выполнить данные вместо команды в

следующих случаях.

(А) Данные скопированы в область памяти, зарезервированную для кода.

Вот примеры того, как это может произойти.

• Указатели — это переменные, в которых хранятся адреса памяти.

Программист может записать определенные данные по адресу,

хранящемуся в указателе, но из-за ошибки в логике программы

этот указатель может содержать адрес не внутри области данных,

а внутри области программного кода.

• Некоторые языки программирования не проверяют границ мас-

сивов. Предположим, объявлен массив MYARRAY из трех эле-

Приложение: Распространенные программные ошибки 503

ментов - MYARRAY[1], MYARRAY[2] и MYARRAY[3]. Что

произойдет, если программа попытается сохранить данные в эле-

менте MYARRAY[2044]. Если язык программирования не выяв-

ляет таких ошибок, данные будут записаны в область памяти,

адрес которой равен адресу массива плюс 2044, и все это умно-

женное на длину элемента массива в байтах. По этому адресу

могут располагаться программный код или данные, память вне-

шних устройств, операционная система, другие программы — все

что угодно, но только не массив MYARRAY.

(Б) Программа переходит по адресу, принадлежащему области данных, а не

кода.

• Ошибочная запись в таблице адресов перехода, которой управля-

ется программа.

• Некоторые компьютеры делят память на сегменты. Компьютер

интерпретирует все содержимое сегмента кода как код и все со-

держимое сегмента данных как данные. Если программа каким-

то образом изменит адреса сегментов, компьютер будет выбирать

последующие команды не из того места памяти.

Переход к подпрограмме, которая отсутствует

в памяти

Для экономии памяти компьютеры часто выгружают из памяти фраг-

менты слишком объемных программ и данных. Такие фрагменты назы-

ваются оверлеями {overlay), а используемая технология — подкачкой или

свопингом {swapping). Когда программе необходима определенная подпрог-

рамма или данные, компьютер выгружает на диск какой-нибудь ненужный

фрагмент, а вместо него загружает в память требующийся.

Если программа сама отвечает за подкачку, перед переходом по опре-

деленному адресу она должна удостовериться, что данный фрагмент кода

находится в памяти, иначе она выполнит переход не к тому месту кода.

С подкачкой связаны и проблемы производительности. На проверку

наличия нужных оверлеев и их считывание с диска тратится компьютерное

время. Поэтому важно организовать оверлейную программу таким образом,

чтобы не было необходимости выполнять подкачку слишком часто.

Реентерабельность

Реентерабельная программа может параллельно использоваться несколь-

кими процессами. Реентерабельная подпрограмма может вызывать сама себя

или быть вызвана несколькими параллельными процессами одновременно.

Некоторые языки программирования не поддерживают такой возможнос-

ти, т.е. повторного входа в процедуры, и при попытке его выполнения