Bài 30. Kiểm thử và gỡ lỗi chương trình

KIỂM THỬ VÀ GỠ LỖI CHƯƠNG TRÌNH

SAU BÀI NÀY EM SẼ:

Bài học trước em đã biết khái niệm lỗi ngoại lệ khi chạy chương trình Python. Tuy nhiên, một chương trình chạy không có lỗi ngoại lệ (chương trình không bị dừng) thì không có nghĩa là chương trình không có lỗi. Thậm chí các "lỗi" không tường minh này (các lỗi này được gọi bug) càng khó phát hiện và khó sửa.

Theo em, làm thế nào để kiểm tra (test) và gỡ lỗi (debug) một chương trình? Môi trường lập trình có công cụ nào hỗ trợ việc đó không?

1. MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP KIỂM THỬ CHƯƠNG TRÌNH

Hoạt động

Đọc và thảo luận nhóm các phương pháp, công cụ sau để biết chức năng, tác dụng của từng công cụ trong công việc kiểm thử chương trình.

Có rất nhiều phương pháp và công cụ khác nhau để kiểm thử chương trình. Các công cụ này không những có mục đích tìm ra lỗi (hay bug) của chương trình mà còn có tác dụng phòng ngừa và ngăn chặn các lỗi phát sinh tiếp trong tương lai.

a) Quan sát mã lỗi Runtime và bắt lỗi ngoại lệ

Nếu chương trình có lỗi Runtime (tức là đang chạy bị dừng lại), cần quan sát các mã lỗi (mã lỗi ngoại lệ) để kiểm tra vị trí dòng lệnh sinh ra lỗi này. Từ đó phân tích, tìm và sửa lỗi.

b) Kiểm thử chương trình với các bộ dữ liệu test

Chương trình cần được thử với một số bộ dữ liệu test gồm đầu vào tiêu biểu phụ thuộc đặc thù của bài toán và kết quả đầu ra đã biết trước. Các bộ test có thể có đầu vào theo các tiêu chí khác nhau như độ lớn và tính đa dạng của dữ liệu. Cần chú ý một số điểm sau:

c) In các thông số trung gian

Bổ sung vào giữa các dòng lệnh các lệnh print() để in ra các biến trung gian, qua đó kiểm tra các quy trình hay thuật toán được viết có đúng không.

Giả sử chương trình có đầu vào là (x1, x2, ..., xn), đầu ra là (a1, a2, ..., am) nhưng có sử dụng các biến trung gian (y1, y2, y3). Khi đó với mỗi bộ test đầu vào, chúng ta sẽ bổ sung vào các dòng lệnh của chương trình để in ra các giá trị trung gian: (x1, x2, ..., xn), (y1, y2, ..., yk), (a1, a2, ..., am).

Thông qua các giá trị trung gian trong quá trình thực hiện chương trình, nếu kết quả cuối cùng có lỗi thì sẽ dễ tìm ra lỗi đó.

d) Sử dụng công cụ break point (điểm dừng)

Công cụ break point cho phép tạo ra các "điểm dừng" bên trong chương trình. Khi chạy, chương trình sẽ tạm dừng lại tại các "điểm dừng" cho phép người kiểm thử có thể quan sát các thông tin khác bên trong chương trình, qua đó kiểm tra tính đúng đắn của chương trình.

Trên thực tế sử dụng phương pháp điểm dừng thường kết hợp với phương pháp in các giá trị trung gian sẽ là hiệu quả hơn để kiểm thử chương trình.

Một số ghi nhớ:

2. VÍ DỤ MINH HOẠ

Xét ví dụ sau: Nhập từ bàn phím hai số tự nhiên m, n, tính ƯCLN của hai số này.

Gọi gcd(m, n) là ƯCLN của hai số tự nhiên m, n. Thuật toán của bài toán này dựa trên thuật toán sau:

Phần cơ bản nhất của chương trình sẽ là một vòng lặp while, vòng lặp sẽ kết thúc khi m = n. Chương trình như sau:

m = int(input("Nhập số tự nhiên m: "))
n = int(input("Nhập số tự nhiên n: "))
while m != n:
if m < n:
n = n - m
else:
m = m - n
print("Đáp số:", m)
[[CODE]]
Chúng ta sẽ tiến hành kiểm thử chương trình này. Cần tập trung kiểm tra kĩ khối lệnh của lệnh lặp while.
[[CAPTION]] Cách 1: In ra các giá trị trung gian để kiểm soát chương trình
Bổ sung biến k và hai lệnh print() vào chương trình như mô tả như sau:
Bổ sung thêm biến k và hai lệnh k = k + 1 và print("Vòng lặp", k, m, n) để in các giá trị trung gian.
[[CODE]]
m = int(input("Nhập số tự nhiên m: "))
n = int(input("Nhập số tự nhiên n: "))
k = 0
while m != n:
k = k + 1
print("Vòng lặp", k, ":", m, n)
if m < n:
n = n - m
else:
m = m - n
print("Kết thúc vòng lặp:", m, n)
print("Đáp số:", m)
[[CODE]]
Kết quả thực hiện chương trình trên như sau:
Nhập số tự nhiên m: 20
Nhập số tự nhiên n: 16
Vòng lặp 1 : 20 16
Vòng lặp 2 : 4 16
Vòng lặp 3 : 4 12
Vòng lặp 4 : 4 8
Kết thúc vòng lặp: 4 4
Đáp số: 4
Quan sát sự thay đổi của giá trị các biến k, m, n trong quá trình thực hiện chương trình để phát hiện lỗi (nếu có), đồng thời hiểu được lỗi này và tìm cách sửa lỗi.
[[CAPTION]] Cách 2: Sử dụng công cụ tạo điểm dừng của phần mềm soạn thảo lập trình
Thiết lập điểm dừng tại dòng lệnh while m != n: của chương trình; đây là vị trí bắt đầu một vòng lặp mới của lệnh while.
[[CODE]]
m = int(input("Nhập số tự nhiên m: "))
n = int(input("Nhập số tự nhiên n: "))
while m != n:
if m < n:
n = n - m
else:
m = m - n
print("Đáp số:", m)
[[CODE]]
Khi chạy chương trình sẽ dừng lại trước mỗi vòng lặp, chúng ta sẽ ghi lại các giá trị m, n vào một bảng như sau. Khi kết thúc hết vòng lặp thì kết quả chương trình chính là giá trị m:
[[TABLE:24]]
Cả hai cách để kiểm soát lỗi là in các giá trị trung gian và thiết lập điểm dừng đều hiệu quả.
[[H1]] LUYỆN TẬP
[[CODE]]
m = input("Nhập số tự nhiên m: ")
n = input("Nhập số tự nhiên n: ")
print("Tổng hai số đã nhập là:", m + n)
[[CODE]]
[[H1]] VẬN DỤNG
[[CODE]]
A = [10, 1, 5, 2, 8, 0, 4]
for i in range(len(A) - 1):
j = i
while j > 1 and A[j] < A[j - 1]:
A[j], A[j - 1] = A[j - 1], A[j]
j = j - 1
print(A)
[[CODE]]