Розділ 11: "Помилки та налагодження: вчимося на помилках"

Під час чергового візиту до Професора Біта Аліса застала його за дивним заняттям: він сидів за комп'ютером і, здавалося, був трохи роздратований.

— Що сталося, Професоре? — запитала Аліса.

— А, Алісо! — обернувся Професор. — Я намагаюся знайти помилку в моїй новій програмі. Вона повинна сортувати мої наукові статті, але чомусь працює неправильно.

— Помилки в програмах — це погано? — зацікавилась Аліса.

— Помилки — це неминуча частина програмування, — посміхнувся Професор. — Навіть найдосвідченіші програмісти припускаються помилок. Важливо вміти їх знаходити і виправляти. Цей процес називається "налагодженням".

Він на мить замовк і тихо прочитав:

Право на ошибку есть у всех,
Ведь ошибки — скрытые подсказки.
Без случайных сбоев и помех
Не бывает даже доброй сказки.

Нам не сразу видеть суждено,
Где таится путь наверх, к вершине.
Ошибаться будем всё равно,
Чтоб составить точный код машине.

Иногда так сложно понимать
Следствия падений и ушибов.
Как лекарство, нужно принимать
Горькую досаду от ошибок.

Байт підкотився до них:
— Я можу показати типові види помилок у програмуванні!

На його екрані з'явився список:

1. Синтаксичні помилки — неправильна "граматика" коду
2. Логічні помилки — код виконується, але робить не те, що потрібно
3. Помилки часу виконання — проблеми, що виникають під час роботи програми

— Синтаксичні помилки схожі на граматичні помилки в звичайному тексті, — пояснив Професор. — Наприклад, якщо ти забудеш закриваючу дужку або поставиш неправильний знак.

python
Синтаксична помилка: пропущена закриваюча дужка

print("Привіт, світ!"  # Має бути: print("Привіт, світ!")
Синтаксична помилка: неправильний оператор

if x = 5:  # Має бути: if x == 5:
    print("x дорівнює 5")

— Такі помилки зазвичай легко виявити, — продовжив Професор. — Програма навіть не запуститься і одразу повідомить про проблему.

— А логічні помилки? — запитала Аліса.

— Логічні помилки підступніші, — відповіла Логік, спускаючись на стіл. — Програма запускається, але працює неправильно. Наприклад:

python
Логічна помилка: переплутано порядок дій

площа = 5 + 10  2  # Результат: 25, але правильно було б: (5 + 10)  2 = 30
Логічна помилка: неправильна умова

вік = 12
if вік < 12:  # Має бути: if вік <= 12:
    print("Дитячий квиток")
else:
    print("Дорослий квиток")

— У першому прикладі програма не видасть помилку, але результат буде неправильним через невірний порядок операцій, — пояснив Професор. — У другому прикладі 12-річна дитина отримає дорослий квиток, хоча повинна отримати дитячий.

— А помилки часу виконання? — запитала Аліса.

— Це помилки, які виникають, коли програма вже запущена, — пояснив Байт. — Наприклад:

python
Ділення на нуль

x = 10
y = 0
результат = x / y  # Помилка: ділення на нуль неможливе
Звернення до неіснуючого елемента списку

список = [1, 2, 3]
елемент = список[5]  # Помилка: індекс 5 виходить за межі списку

— Такі помилки призводять до аварійного завершення програми, якщо їх не обробити спеціальним чином, — додав Професор.

— І як же ви знаходите і виправляєте помилки? — зацікавилась Аліса.

— Для цього існує процес налагодження, — відповів Професор. — Давай я покажу тобі основні прийоми.

Професор відкрив на комп'ютері програму з помилкою:

python
def розрахувати_середнє(числа):
    сума = 0
    for число in числа:
        сума = сума + число
    середнє = сума / len(числа)
    return середнє
оцінки = [5, 4, 5, 3, 5]
середняоцінка = розрахуватисереднє(оцінки)
print("Середня оцінка:", середня_оцінка)

— У цій простій програмі є кілька помилок, — сказав Професор. — Давай знайдемо їх за допомогою налагодження.

1. Читання коду — перший крок у налагодженні. Уважно переглянь весь код і спробуй зрозуміти, що він повинен робити.
2. Використання налагоджувальних повідомлень — додай у код виведення проміжних значень:

python
def розрахувати_середнє(числа):
    сума = 0
    print("Початкова сума:", сума)
    for число in числа:
        сума = сума + число
        print("Після додавання", число, "сума стала:", сума)
    середнє = сума / len(числа)
    print("Середнє:", середнє)
    return середнє

3. Використання налагоджувача — спеціальної програми, яка дозволяє виконувати код покроково і спостерігати за зміною змінних.

— Дивись, після виконання ми отримаємо помилку, — сказав Професор. — За налагоджувальними повідомленнями ми бачимо, що змінна сума не змінюється, хоча повинна збільшуватися. Це друкарська помилка! Ми написали сума замість сума. Ой, ні, тут помилка в іншому місці...

Насправді, після перевірки, у наведеному коді помилки немає. Але якщо б була помилка сума = сума + число замість правильної, ми б бачили це в налагоджувальних повідомленнях.

— А є ще помилки? — запитала Аліса.

— Так, у вихідному прикладі була помилка len(числа) замість правильної функції. У Python функція для визначення довжини списку називається len, правильно.

— Давай виправимо обидві помилки і подивимося, що вийде, — запропонував Професор:

python
def розрахувати_середнє(числа):
    сума = 0
    for число in числа:
        сума = сума + число  # Правильно
    середнє = сума / len(числа)  # Правильно
    return середнє
оцінки = [5, 4, 5, 3, 5]
середняоцінка = розрахуватисереднє(оцінки)
print("Середня оцінка:", середня_оцінка)

— Тепер програма працює правильно! — посміхнувся Професор, дивлячись на результат: "Середня оцінка: 4.4".

Логік додала:
— У реальному житті ми теж постійно стикаємося з помилками і виправляємо їх. Наприклад, коли ти розв'язуєш математичну задачу і отримуєш дивну відповідь, ти перевіряєш свої обчислення, щоб знайти помилку.

— А в природі є системи виправлення помилок? — запитала Аліса.

— Звичайно! — відповів Професор. — Найяскравіший приклад — ДНК. При копіюванні ДНК іноді виникають помилки, але в клітинах є спеціальні механізми для їх виявлення та виправлення. Якби таких механізмів не було, живі організми не могли б існувати.

— А як програмісти запобігають помилкам? — зацікавилась Аліса.

— Є кілька важливих практик, — відповів Професор:

1. Тестування — написання додаткового коду, який перевіряє роботу основної програми
2. Перевірка коду колегами — інші програмісти можуть помітити те, що ти пропустив
3. Використання засобів автоматичної перевірки — спеціальні програми, які шукають типові помилки
4. Обробка винятків — механізм, що дозволяє програмі коректно реагувати на помилки часу виконання

— Ось приклад обробки винятків, — показав Професор:

python
try:
    число = int(input("Введіть число: "))
    результат = 100 / число
    print("100 /", число, "=", результат)
except ValueError:
    print("Ви ввели не число!")
except ZeroDivisionError:
    print("На нуль ділити не можна!")
except:
    print("Сталася невідома помилка!")

— Цей код намагається виконати ділення, але готовий до можливих помилок, — пояснив він. — Якщо користувач введе не число або нуль, програма не "зламається", а виведе зрозуміле повідомлення.

— Виходить, помилки — це не завжди погано? — запитала Аліса.

— Помилки — це частина процесу навчання і розвитку, — посміхнувся Професор. — Як говорив Томас Едісон: "Я не зазнав невдачі. Я просто знайшов 10000 способів, які не працюють." Важливо вчитися на помилках і ставати кращим.

python
def порахувати_бали(відповіді):
    правильні_відповіді = ["а", "б", "в", "г", "а"]
    бали = 0
    for і in range(len(відповіді)):
        if відповіді[i] == правильні_відповіді[і]:
            бали += 1
    return бали
мої_відповіді = ["а", "б", "в", "г", "б"]
результат = порахуватибали(моївідповіді)
print("Ти набрав", результат, "балів з 5")