Valgrind: многосторонний инструмент

 

Инструменты, описанные в предыдущем разделе, все фокусируются на отладке динамической памяти, и это в самом деле является значительной проблемной областью для многих программ. Однако, проблемы динамической памяти не являются единственной разновидностью. Программа Valgrind под лицензией GPL охватывает большое разнообразие проблем, включая те, которые происходят от динамической памяти.

Руководство по Valgrind описывает программу также или лучше, чем можем мы, поэтому мы будем цитировать (и сокращать) его по мере продвижения вперед.

 

Valgrind является гибким инструментом для отладки и профилирования исполняемых файлов Linux‑x86. Инструмент состоит из ядра, которое программно обеспечивает искусственный процессор x86, и ряда «оболочек», каждая из которых является отладочным или профилирующим инструментом. Архитектура модульная, так что можно легко создавать новые «оболочки», не нарушая существующую структуру.

Наиболее полезной «оболочкой» является.

«Оболочка» обнаруживает в ваших программах проблемы с управлением памятью. Проверяются все чтения и записи памяти, а вызовы перехватываются. В результате может обнаружить следующие проблемы

• Использование неинициализированной памяти.

• Чтение/запись в память после ее освобождения.

• Чтение/запись за границей выделенного блока.

• Чтение/запись в ненадлежащие области стека.

• Утечки памяти, когда указатели на выделенные теряются навсегда.

• Несоответствующее использование против.

• Некоторые неправильные употребления API POSIX.

Проблемы, подобные этим, могут быть трудно обнаруживаемыми другими средствами, часто остающимися необнаруженными в течение длительного времени и вызывающими редкие, трудные для обнаружения отказы.

Другие «оболочки» более специализированы:

• осуществляет обстоятельную имитацию кэшей I1, D1 и L2 процессора, поэтому может точно указать источники осечек кэшей в вашем коде.

• идентична за исключением одной детали – она не проверяет неинициализированные данные. Все остальные проверки – главным образом, точная проверка адресов – по‑прежнему проводится. Обратной стороной этого является то, что вы не перехватываете ошибки неинициализированных данных, которые может найти.

Но положительная сторона значительна: программы работают почти в два раза быстрее, чем с, используя значительно меньше памяти. Утилита по‑прежнему находит чтения/записи освобожденной памяти, памяти за пределами выделенных блоков и в других недействительных местах, ошибки, которые вы действительно хотите обнаружить до выпуска программы в свет!

• является отладочной оболочкой, предназначенной для обнаружения состязания данных в многопоточных программах.

 

Наконец, руководство отмечает:

 

Valgrind тесно связан с особенностями процессора, операционной системы и, в меньшей степени, компилятора и основных библиотек С. Это затрудняет его переносимость, поэтому мы с самого начала сконцентрировались на том, что мы считаем широко использующейся платформой: Linux на x86. Valgrind использует стандартный механизм Unix '', '', '', и мы попытались обеспечить его работу на машинах с ядром 2.2 или 2.4 и glibc 2.1.X, 2.2.X или 2.3.1. Это должно охватить значительное большинство современных установок Linux. Обратите внимание, что glibc‑2.3.2+ с пакетом NPTL (Native POSIX Thread Library – собственная библиотека потоков POSIX) не будет работать. Мы надеемся исправить это, но это будет нелегко.

 

Если вы используете GNU/Linux на другой платформе или используете коммерческую систему Unix, Valgrind не окажет вам большой помощи. Однако, поскольку системы GNU/Linux на x86 довольно обычны (и вполне доступны), вполне вероятно, что вы сможете приобрести ее с умеренным бюджетом, или по крайней мере, занять на время! Что еще, когда Valgrind нашел для вас проблему, она исправляется для любой платформы, для которой компилируется ваша программа. Таким образом, разумно использовать систему x86 GNU/Linux для разработки, а какую‑нибудь другую коммерческую систему Unix для развертывания высококачественного продукта.[181]

Хотя из руководства Valgrind у вас могло сложиться впечатление, что существуют отдельные команды, и т.д., это не так. Вместо этого программа оболочки драйвера с именем запускает отладочное ядро с соответствующей «оболочкой», указанной в опции. Оболочкой по умолчанию является; таким образом, запуск просто равносильно '' (Это обеспечивает совместимость с более ранними версиями Valgrind, которые осуществляли лишь проверку памяти, это имеет также больший смысл, поскольку оболочка предоставляет большую часть сведений.)

Valgrind предусматривает ряд опций. За всеми подробностями мы отсылаем вас к его документации. Опции поделены на две группы; из тех, которые используются с ядром (т. е. работают для всех оболочек), наиболее полезными могут быть следующие:

 

Запускается с подключенным к процессу GDB для интерактивной отладки. По умолчанию используется.

 

Перечисляет опции.

файл

Записывает сообщения в файл.pid.

число

Выводит число вызывающих в трассировке стека. По умолчанию 4.

оболочка

Использует соответствующую оболочку. По умолчанию.

 

Запускает трассировку также в порожденных процессах. По умолчанию используется.

,

Использует более полный вывод. Это включает перечисление загруженных библиотек, а также подсчеты всех различных видов ошибок.

Из опций для оболочки мы полагаем, что эти являются наиболее полезными.

 

Искать утечки памяти после завершения программы. По умолчанию используется.

 

Показать доступные блоки после завершения программы. Если используется, Valgrind ищет динамически выделенную память, на которую все еще есть указывающий на нее указатель. Такая память не является утечкой, но о ней все равно следует знать. По умолчанию используется.

Давайте посмотрим на Valgrind в действии. Помните? (См. раздел 15.5.2.2 «Electric Fence».) Опция записывает в память, находящуюся вне выделенного блока. Вот что сообщает Valgrind:

valgrind ch15‑badmem1 ‑b

 

(Были добавлены номера строк в выводе, чтобы облегчить обсуждение.) Строка 8 является выводом программы; остальные от Valgrind в стандартную ошибку. Сообщение об ошибке находится в строках 9–17. Она указывает, сколько байтов было записано неверно (строка 9), где это случилось (строка 10), и показывает трассировку стека. Строки 13–17 описывают, откуда была выделена память. Строки 19–23 подводят итоги.

Опция программы освобождает выделенную память, а затем записывает в нее через висячий указатель. Вот что сообщает Valgrind в этом случае:

valgrind ch15‑badmem1 ‑f

 

На этот раз в отчете указано, что запись была осуществлена в освобожденную память и что вызов находится в строке 20.

При вызове без опций выделяет и использует память, но не освобождает ее. О таком случае сообщает опция –:

valgrind ‑‑leak‑check=yes ch15‑badmem1

 

 

Строки 17–29 предоставляют отчет об утечке; эта память была выделена в строке 11.

Помимо отчетов о неправильном использовании динамической памяти, Valgrind может диагностировать использование неинициализированной памяти. Рассмотрим следующую программу,:

 

 

При запуске Valgrind выдает этот (сокращенный) отчет:

 

В документации Valgrind объясняется, что копирование неинициализированных данных не выдает сообщений об ошибках. Оболочка memcheck отмечает состояние данных (неинициализированные) и отслеживает его при перемещениях данных. Таким образом, считается неинициализированной, поскольку это значение было получено от, которая была неинициализированной.

 сообщает о проблеме лишь тогда, когда неинициализированное значение используется. Здесь это происходит в библиотеке С (), которая должна преобразовать значение в строку, для этого, она проводит с этим значением вычисления.

К сожалению, хотя Valgrind может обнаружить использование неинициализированной памяти вплоть до уровня битов, он не может осуществлять проверки границ массивов для локальных и глобальных переменных. (Valgrind может осуществлять проверку границ для динамической памяти, поскольку он сам обрабатывает такую память, поэтому знает о начале и конце каждой области.)

В заключение, Valgrind является мощным инструментом отладки памяти. Он использовался в таких крупномасштабных, многопоточных производственных программах, как KDE 3, OpenOffice и веб‑браузер Konqueror. Он конкурирует с несколькими коммерческими предложениями, а другая его версия была даже использована (совместно с эмулятором WINE[182]) для отладки программ, написанных для Microsoft Windows с использованием Visual С++! Вы можете получить Valgrind с его веб‑сайта[183].

 

Другие отладчики malloc

 

Две статьи Cal Ericson в Linux Journal описывают и, а также большинство других перечисленных ниже инструментов. Эти статьи Memory Leak Detection in Embedded Systems, выпуск 101[184], сентябрь 2002 г., и Memory Leak Detection in C++, выпуск 110[185], июнь 2003 г. Обе статьи доступны на веб‑сайте Linux Journal.

Другие инструменты сходны по природе с описанными ранее.

 

Замещающая библиотека, которая не нуждается в особой компиляции и может использоваться с С++. См..

 Марка Мораеса (Mark Moraes)

Старинная, но полнофункциональная библиотека замещения, предоставляющая возможности профилирования, трассировки и отладки. Вы можете получить ее с.

 

Пакет с большими возможностями настройки для отладки памяти и тестирования. См.

 

Пакет, требующий использования специального заголовочного файла и опций времени компилирования. См..

 

«Не просто еще один отладчик malloc» (Not Just Another Malloc Debugger). Эта библиотека не требует специальной компоновки с приложением; вместо этого она использует для замены стандартных процедур. См..

 

Похож на Electric Fence, но со многими дополнительными опциями. См..

Почти все из этих пакетов используют для точной настройки своего поведения переменные окружения. В таблице 15.1 на основе статей из Linux Journal сделана сводка различных пакетов.

 

Таблица 15.1. Сводка особенностей инструментов памяти

 

Инструмент	ОС	Заголовочный файл	Модуль/ программа	Многопоточность
	Многотипная	Нет	Программа	Нет
	Многотипная	Необязательно	Программа	Да
	Многотипная	Нет	Программа	Нет
	Многотипная	Да	Программа	Нет
	Многотипная	Необязательно	Программа	Нет
	Многотипная	Нет	Программа	Да
	Linux (GLIBC)	Да	Модуль	Нет
	Многотипная	Нет	Программа	Нет
	Linux (GLIBC)	Нет	Программа	Да
	Linux, DJGPP	Нет	Программа	Нет

Как видно, для отладки проблем динамической памяти доступен ряд выборов. На системах GNU/Linux и BSD один или более из этих инструментов, возможно, уже установлены, что избавляет вас от хлопот по их загрузке и построению.

Полезно также использовать для своей программы несколько инструментов подряд. Например, для обнаружения не освобождаемой памяти, a Electric Fence для перехвата доступа к недействительной памяти.

 

 

Современная

 

В оригинальном С компилятор не мог проверить, соответствуют ли параметры, переданные в вызове функции, списку параметров в определении функции; прототипов не было. Это часто вело к неуловимым ошибкам, поскольку ошибочный вызов функции мог вызывать лишь частично ошибочные результаты, которые проходили незамеченными во время тестирования, или мог даже вообще не появиться во время тестирования. Например:

 

Если программа, содержащая этот фрагмент, никогда не вызывается с ошибочным числом аргументов,, в которой отсутствует первый аргумент, также никогда не вызывается.

Программа V7 была предназначена для решения таких проблем. Она делала два прохода через все файлы программы, сначала собирая сведения об аргументах функций, а затем сравнивая вызовы функций с собранной информацией. Особые файлы «библиотеки» предоставляли сведения о функциях стандартных библиотек, так что их также можно было проверить, lint проверяла также другие сомнительные конструкции.

С появлением в стандартном С прототипов необходимость в уменьшилась, но не исчезла совсем, поскольку C89 все еще допускает объявления функций в старом стиле.

 

Вдобавок, многие другие аспекты программы можно проверять статически, т.е. путем анализа исходных текстов.

Программа (Secure Programming Lint – Lint для безопасного программирования)[186] является современным обновлением. Она предусматривает слишком много опций и возможностей, чтобы перечислять их здесь, но ее стоит исследовать.

Следует знать об одной особенности подобных программ, которая заключается в том, что они выводят целый поток предупреждающих сообщений. Многие из сообщаемых предупреждений в действительности безвредны. В таких случаях инструменты допускают использование специальных комментариев, сообщающих. «Да, я знаю об этом, это не проблема», лучше всего работает, когда вы предоставляете в своем коде большое количество подобных примечаний.

 является мощным, но сложным инструментом; выделение некоторого времени на изучение его использования, а затем частое его использование поможет сохранить ваш код ясным.

 

 

Тестирование программ

 

Разработка программного обеспечения содержит элементы и искусства, и науки, это одна сторона того, что делает ее такой восхищающей и стимулирующей профессией. Данный раздел вводит в тему тестирования программного обеспечения, которая также включает в себя и искусство, и науку; таким образом, это несколько более общий и высокий уровень (читай: «на который можно махнуть рукой»), чем остальная часть данной главы.

Тестирование программ является неотъемлемой частью процесса разработки программного обеспечения. Весьма маловероятно, что программа заработает правильно на 100 процентов при первой компиляции. Программа не несет ответственности за свою правильность; за это отвечает автор программы. Одним из самых важных способов проверки того, что программа работает так, как предполагалось, является ее тестирование.

Один из способов классификации различных видов тестов следующий:

Тесты модулей (Unit tests)

Это тесты, которые вы пишете для каждого модуля или функционального компонента своей программы. В качестве части работы может потребоваться также создать окружение (scaffolding) – код, предназначенный для предоставления поддерживающего каркаса, чтобы запустить модуль в виде отдельной программы.

Важно спроектировать тесты для каждого функционального компонента во время его разработки. Это помогает прояснить проектирование особенностей; знание того, как это тестировать, помогает определить, что следует и что не следует делать в первую очередь.

Комплексные тесты (Integration tests)

Это тесты, которые применяются, когда все функциональные компоненты были написаны, протестированы и отлажены по отдельности. Идея в том, что все затем помешается на свое место в каркасе и тестируется все в целом, чтобы убедиться, что взаимодействия между компонентами работают.

Возвратные тесты (Regression tests)

Неизбежно вы (или ваши пользователи!) обнаружат проблемы. Это могут быть действительные ошибки, или ограничения дизайна, или неизбежные отказы в «пограничных случаях». Когда вы смогли воспроизвести и исправить проблему, сохраните первоначальные условия отказа в качестве возвратного теста.

Возвратный тест позволяет вам убедиться, что при проведении изменений не была повторена старая проблема. (Это случается довольно легко.) Пропустив программу после проделанных изменений через набор тестов, вы можете быть (более) уверены, что все работает таким образом, как предполагалось.

Тестирование следует по возможности автоматизировать. Это особенно легко сделать для программ, не содержащих графического пользовательского интерфейса (GUI), написанных в стиле инструментов Linux/Unix: читающих стандартный ввод или указанные файлы и записывающих в стандартный вывод и стандартную ошибку. По меньшей мере, тестирование можно осуществить с помощью простых сценариев оболочки. Более сложное тестирование осуществляется обычно с помощью отдельного подкаталога и программы.

Тестирование программного обеспечения само по себе является отдельной областью, и мы не предполагаем отдавать ей здесь должное; скорее, наше намерение дать вам знание, что тестирование является неотъемлемой частью разработки и часто движущей силой для использования ваших навыков в отладке! Вот очень короткий резюмирующий список.

• Проектируйте тест вместе с функциональностью

• Тестируйте пограничные условия: убедитесь, что функция работает внутри и на действительных границах и что она корректно выдает ошибку за их пределами. (Например, функция должна потерпеть неудачу с отрицательным аргументом).

• Используйте в своем коде операторы проверки (см. раздел 12.1 «Операторы проверки») и проведите свои тесты с разрешенными операторами проверки.

• Создайте и используйте повторно тестовое окружение.

• Сохраняйте условия сбоев для возвратного тестирования

• Как можно больше автоматизируйте тестирование.

• Печатайте число потерпевших неудачу тестов, чтобы легко можно было определить успех или неудачу, а также степень неудачи.

• Используйте инструменты обзора кода, такие, как, чтобы удостовериться, что ваш набор тестов охватывает весь ваш код.

• Тестируйте с самого начала и тестируйте часто.

• Изучите литературу по тестированию программного обеспечения, чтобы совершенствовать свою способность разрабатывать и тестировать программное обеспечение.

 

Правила отладки

 

Отладка не является «черной магией». Ее принципы и методики могут быть изучены и последовательно применены каждым. С этой целью мы рекомендуем книгу Debugging Дэвида Эганса (David J. Agans; ISBN: 0‑8144‑7168‑4). У книги есть веб‑сайт[187], на котором обобщены правила и представлен плакат для загрузки, чтобы вы могли его распечатать и повесить на стену в своем офисе.

Чтобы завершить наше обсуждение, мы представляем следующий материал. Он был адаптирован Дэвидом Эгансом по разрешению из Debugging, Copyright © 2002 David J. Agans, опубликованной AMACOM[188], отделением American Management Association, New York. Мы благодарим его.

1. Поймите систему. Когда ничто не помогает, прочтите руководство. Вам необходимо узнать, что должна делать проблемная система и все ее части, если хотите выяснить, почему она не работает. Поэтому прочтите всю документацию, которую можете получить в свои руки (и в свой браузер).

Знание того, где находятся функциональные блоки и размещаются данные, и как они взаимодействуют, дает вам схему для изоляции ошибки. Конечно, вам нужно знать также соответствующую область (язык, операционную систему, приложение) и свои инструменты (компилятор, отладчик исходного кода).

2. Вызовите сбой. Для того, чтобы увидеть ошибку, вы должны быть способны постоянно воспроизводить сбой. Задокументируйте свои процедуры и начните с известного состояния, чтобы вы всегда могли снова вызвать сбой. Ищите ошибку в системе, которая дает сбой, не старайтесь имитировать проблему на другой системе. Не доверяйте статистике непостоянных проблем; они скорее скроют ошибку, чем проявят ее. Вместо этого постарайтесь сделать ее устойчивой, изменяя вводимые данные, начальные условия и координацию действий.

Если ошибка все еще непостоянна, вам придется сделать так, чтобы она выглядела постоянной. При каждом запуске фиксируйте в журнале каждый бит информации, какой только сможете; затем, когда есть успешные запуски и сбои, сравните их друг с другом. Если вы собрали достаточно данных, вы сможете нацелиться на проблему, как если бы смогли вызывать ошибку все время. Способность вызывать каждый раз ошибку означает также, что вы сможете сказать, когда вы ее исправили.

3. Прекратите думать и смотрите. Имеется больше способов появления ошибок, чем вы можете себе представить. Поэтому не представляйте, что могло бы случиться, смотрите на это – оснастите систему инструментарием, чтобы вы действительно смогли увидеть механизм ошибки. Используйте любой инструментарий, который можете – отладчики,,, анализаторы логики и даже светодиоды и звуковые сигнализаторы. Проверяйте достаточно глубоко, пока ошибка не станет очевидной для глаз, а не только для мозга.

Если вы все же догадались, используйте догадку, чтобы сфокусировать поиск – не старайтесь исправить, пока вы ее не увидите. Если вам приходится добавлять код инструментария, сделайте это, но убедитесь, что начинаете с той же самой базы кода, как на проблемной системе, и убедитесь, что ошибка все еще возникает при работе вашего добавленного кода. Часто добавление отладчика вызывает исчезновение ошибки (вот почему его называют отладчиком).

4. Разделяй и властвуй. Каждый это знает. Вы делаете последовательное приближение – начинаете с одного конца, перескакиваете полпути, смотрите, с какой стороны ошибка, затем перескакиваете оставшиеся полпути в направлении ошибки. Бинарный поиск, вы оказываетесь так за несколько прыжков. Трудной частью является определение того, прошли вы ошибку или нет. Одной из полезных уловок является помещение в систему известных, простых данных, так чтобы можно было легче узнать мусор. Начните также с плохого конца и работайте по направлению к хорошему: если вы начнете с хорошего конца, имеется слишком много хороших путей для исследования. Известные ошибки исправляйте сразу, поскольку иногда две ошибки взаимодействуют (хотя вы могли бы поклясться, что они не должны этого делать), и последовательное приближение не работает с двумя целевыми значениями.

5. Каждый раз изменяйте лишь что‑то одно. Если вы стараетесь усовершенствовать модуль обработки потоков и одновременно переходите на следующую версию операционной системы, не имеет значения, видите ли вы улучшение, ухудшение или отсутствие изменений – у вас не будет мыслей по поводу того, каким был результат ваших отдельных изменений. Взаимодействие нескольких изменений может быть непредсказуемым и сбивающим с толку. Не делайте этого. Изменяйте за один раз только что‑то одно, чтобы вы могли поручиться, что любое отличие, которые вы видите, возникло из‑за этого изменения.

Если вы делаете изменение, а результата не видно, немедленно вернитесь обратно. Возможно, оно имело результат, который вы не увидели, и он может проявиться в сочетании с другими изменениями. Это относится к изменениям как в тестировании, так и в кодировании.

6. Сохраняйте контрольные журналы. Многое в эффективности приведенных выше правил зависит от сохранения хороших записей. Во всех отношениях тестирования и отладки записывайте, что вы делали, когда вы это делали, как вы это делали и что случилось в результате. По возможности делайте это в электронном виде, чтобы записи можно было послать по электронной почте и прикрепить к базе данных ошибок. Многие ключи можно найти в паттернах событий, которые были бы не замечены, если бы все они не записывались для просмотра и сравнения. Ключ может находиться также в деталях, о которых вы думали, что они неважны, поэтому запишите их все.

7. Проверьте подключение. У каждого есть история о какой‑нибудь проблеме, оказавшейся в том, что «это не было подключено». Иногда что‑то оказывается буквально не подключенным, но для программного обеспечения «не подключено» может означать отсутствующий драйвер или старую версию кода, о которой вы думали, что заменили ее. Или плохое оборудование, когда вы клянетесь, что это проблема программного обеспечения. В одной истории инженеры‑программисты и электронщики показывали пальцами друг на друга, и никто не был прав: тестирующее устройство, которое они использовали, не соответствовало спецификации. Основной момент в том, что иногда вы ищете проблему внутри системы, тогда как на самом деле она вне системы, или лежит в основе системы, или в инициализации системы, или вы смотрите не на ту систему.

Не следует также непременно доверять своим инструментам. Производители инструментов также являются инженерами; у них есть ошибки, и вы можете оказаться тем, кто их обнаружит.

8. Оцените свежим взглядом. Есть три причины попросить помощи при отладке.

Первая причина в получении свежего взгляда – другие люди часто видят что‑то лишь потому, что они не вовлечены в это так, как вы. Вторая причина заключается в получении экспертной оценки – они знают о системе больше, чем вы. Третья причина заключается в получении опыта – они видели это раньше.

Когда вы описываете ситуацию кому‑либо, сообщите о симптомах, которые вы видели, а не о своих предположениях, почему это происходит так. Вы пришли к ним, потому что ваши предположения не ведут вас никуда – не тяните их в ту же колею, в которую попали сами.

9. Если вы не исправили это, это не исправлено. Так вы думаете, это исправлено? Испытайте. Раз вы могли заставить ошибку повторяться постоянно, создайте ту же самую ситуацию и убедитесь, что ошибки нет. Не думайте, что все исправлено лишь потому, что проблема была очевидной. Может, она не была такой очевидной. Может, ваше исправление не было сделано правильно. Может, ваше исправление даже не находится в новом выпуске! Проверьте! Заставьте ошибку исчезнуть.

Вы уверены, что именно ваш код исправил проблему? Или это произошло из‑за изменения теста, или туда был внесен какой‑то другой код? Когда вы видите, что ваше исправление работает, уберите его и заставьте ошибку появиться снова. Затем верните исправление на место и убедитесь, что ошибки нет. Этот шаг гарантирует, что именно ваше исправление решило проблему.

Дополнительные сведения о книге Debugging и плакат с правилами отладки можно найти для свободной загрузки по адресу.

 

15.8. Рекомендуемая литература

 

Следующие книги отличные, с множеством сведений как в отношении тестирования, так и отладки. Все, кроме первой, относятся к программированию вообще. Их все стоит прочесть.

1. Debugging, David J. Agans. AMACOM, New York, New York. USA 2003. ISBN: 0‑8144‑7168‑4.

Настоятельно рекомендуем эту книгу. У нее легкий стиль, удивительное звучание, чтение – одно удовольствие!

2. Programming Pearls, 2nd edition, by Jon Louis Bentley. Addison‑Wesley, Reading, Massachusetts, USA, 2000, ISBN: 0‑201‑63788‑0. См. также веб‑сайт этой книги.[189]

В главе 5 этой книги приведено хорошее обсуждение тестирования элементов и построения тестовой среды.

3. Literate Programming, by Donald E. Knuth. Center for the Study of Language and Information (CSLI), Stanford University, USA, 1992. ISBN: 0‑9370‑7380‑6.

Эта восхитительная книга содержит ряд статей Дональда Кнута по грамотному программированию (literate programming) – методике программирования, которую он изобрел и использовал для создания ТеХ и Metafont. Особый интерес представляет статья, озаглавленная «Ошибки ТеХ», которая описывает, как он разрабатывал и отлаживал ТеХ, включая его журнал всех найденных и исправленных ошибок.

4. Writing Solid Code, by Steve Maguire. Microsoft Press, Redmond, Washington, USA, 1993. ISBN 1‑55615‑551‑4.

5. Code Complete: A Practical Handbook of Software Construction, by Steve McConnell Microsoft Press, Redmond, Washington, USA, 1994. ISBN: 1‑55615‑484‑4.

6. The Practice of Programming, by Brian W. Kernighan and Rob Pike. Addison‑Wesley, Reading. Massachusetts, USA, 1999. ISBN: 0‑201‑61585‑X.

 

Резюме

 

• Отладка является важной частью разработки программного обеспечения. Для минимизации ошибок должны использоваться хорошие проектирование и практика разработки, но отладка всегда будет с нами.

• Программы должны компилироваться без оптимизации и с включенными идентификаторами отладки, чтобы упростить отладку под отладчиком. На многих системах компиляция с оптимизацией и компиляция с идентификаторами отладки несовместимы. Это не относится к GCC, вот почему разработчикам GNU/Linux нужно знать об этой проблеме.

• Отладчик GNU GDB является стандартом на системах GNU/Linux и может использоваться также почти на любой коммерческой системе Unix. (Также доступны и легко переносимы графические отладчики на основе GDB.) Контрольные точки, отслеживаемые точки и пошаговое исполнение с посредством, и предоставляют базовый контроль над программой при ее работе. GDB позволяет также проверять данные и вызывать функции внутри отлаживаемой программы.

• Имеется множество вещей, которые вы можете сделать при написании программы для ее упрощения, когда неизбежно придется ее отлаживать. Мы рассмотрели следующие темы:

• Отладочные макросы для вывода состояния.

• Избегание макросов с выражениями.

• Перестановку кода для облегчения пошагового выполнения.

• Написание вспомогательных функций для использования их из отладчика.

• Избегание объединений.

• Помещение отладочного кода времени исполнения в готовую версию программы и обеспечение различных способов включения вывода этого кода.

• Добавление фиктивных функций для упрощения установки контрольных точек.

• Для помощи при отладке помимо простых отладчиков общего назначения существует ряд инструментов и библиотек. Библиотека предоставляет элегантный внутренний отладчик, который использует многие из описанных нами методик последовательным, связанным образом.

• Существует множество отладочных библиотек для динамической памяти, имеющие сходные свойства. Мы рассмотрели три из них (, Electric Fence и) и предоставили ссылки на несколько других. Программа Valgrind идет еще дальше, обнаруживая проблемы, относящиеся к неинициализированной памяти, а не только к динамической памяти.

• является современной альтернативой многоуважаемой программе V7. Она доступна по крайней мере на системе одного из поставщиков GNU/Linux и легко может быть загружена и построена из исходных кодов.

• Помимо инструментов отладки, неотъемлемой частью процесса разработки программного обеспечения является также тестирование программ. Ее следует понять, запланировать и управлять ею с самого начала любого проекта разработки программного обеспечения, даже индивидуального.

• Отладка является умением, которому можно научиться. Мы рекомендуем прочесть книгу Debugging Дэвида Дж. Эганса и научиться применять его правила.

 

Упражнения

 

1. Откомпилируйте одну из ваших программ с помощью GCC, используя как, так и. Запустите ее под GDB, установив контрольную точку в. Выполните программу пошагово и посмотрите, насколько близко соответствует (или не соответствует) исполнение оригинальному исходному коду. Это особенно хорошо делать с кодом, использующим циклы или.

2. Прочитайте об особенности GDB условной контрольной точки. Насколько это упрощает работу с проблемами, которые появляются лишь после того, как будет сделано определенное число операций?

3. Перепишите функцию из раздела 15.4.2.1 «Добавляйте отладочные опции и переменные», чтобы использовать таблицу строк опций отладки, значений флагов и длин строк

4. (Трудное.) Изучите исходный код; в частности, структуру в. Напишите вспомогательную отладочную функцию, которая выводит содержимое, основываясь на значении в поле.

5. Возьмите одну из своих программ и измените ее так, чтобы использовать библиотеку. Откомпилируйте ее сначала без, чтобы убедиться, что она компилируется и работает нормально. (Есть ли у вас для нее набор возвратных тестов? Прошла ли ваша программа все тесты?)

Убедившись, что добавление библиотеки не нарушает работу вашей программы, перекомпилируйте ее с. По‑прежнему ли проходит ваша программа все свои тесты? Какова разница в производительности при включенной и отключенной библиотеке? Запустите ваш тестовый набор с опцией, чтобы увидеть трассировку вызовов функций. Как вы думаете, это поможет вам в будущем, когда придется иметь дело с отладкой? Почему да или почему нет?

6. Запустите одну из своих программ, использующих динамическую память, с Electric Fence или одним из других тестеров динамической памяти. Опишите проблемы, которые вы обнаружили, если они есть.

7. Перезапустите ту же самую программу, используя Valgrind с включенным режимом проверки утечек. Опишите найденные вами проблемы, если они есть.

8. Разработайте набор тестов для программы. (Прочтите mv (1): убедитесь, что охватили все ее опции.)

9. Поищите в Интернете ресурсы по тестированию программного обеспечения. Какие интересные вещи вы нашли?

 

 

Глава 16