MathCAD — это просто! Часть 27. Программирование и ошибки: вместе веселее!
Что ж, хотя мы уже немало всего успели обсудить насчет программирования в такой замечательной математической среде, как MathCAD, еще немало весьма существенных тем осталось за кадром. И, пожалуй, самая существенная из них — это взаимодействие начинающего программиста, пишущего программы в MathCAD'е, и ошибок в его программах. Именно на ней мы с вами сейчас и остановимся.
В общем-то, если сказать, что ошибки никто не любит, это будет не так уж далеко от истины. Точнее, никто не любит собственные ошибки. Чужие любят все, а не только экзаменаторы и разнообразные инспекторы. Однако, к сожалению, при программировании (а написание небольших вспомогательных программок в MathCAD'е, как я уже когда-то давно тому назад говорил, это тоже программирование) ошибки попросту неизбежны. Даже самые лучшие программисты совершают ежедневно множество ошибок, и никто, в общем-то, за это не применяет к ним особых санкций. Существует даже такое мнение, что программа без ошибок совершенно бесполезна — если в ней нет ошибок, значит, в ней нет и никакой полезной функциональности, потому что не ошибается только тот, кто ничего не делает. Так что ошибки в программах — это вполне естественные спутники каждого, кто пишет даже самые маленькие программки, а потому и бояться их не следует. Тем не менее, с ошибками в программах можно и нужно бороться. И для этого существуют специальные средства, некоторые из которых доступны и тем, кто пишет программы в MathCAD'е. Однако, прежде чем рассказывать о том, что это за средства, и как ими нужно пользоваться, нужно, как мне лично кажется, поговорить еще немного о том, вокруг чего будет сосредоточена наша борьба — то есть о самих ошибках.
Классификация ошибок
Поскольку, как я уже говорил, ошибки довольно многочисленны, их имеет смысл классифицировать. Сделать это стоит, в общем-то, уже хотя бы попросту потому, что разные виды ошибок требуют различных к себе подходов, и их устранение требует вложения различного количества труда того, кто писал программу.
Самые простые ошибки — синтаксические. Как вы уже имели возможность воочию убедиться, при программировании очень важно придерживаться определенных правил в записи конструкций. Например, если вы вместо имени функции rkfixed напишете в программе tkfixed, ошибившись при вводе на одну букву и нажав на соседнюю с r клавишу t, то как раз и получите в свое распоряжение самую что ни на есть классическую синтаксическую ошибку. Ни к каким особенно страшным последствиям она (как, впрочем, и все другие ошибки аналогичного класса) не приведет: программа просто не сможет быть выполнена по той причине, что MathCAD не сможет найти функцию, которую вы ему указали. Искать такие ошибки тоже совсем не сложно — они всегда хорошо видны, поскольку даже сама среда подсвечивает их, чтобы можно было найти особенно быстро. Исправлять, соответственно, тоже очень просто: достаточно записать идентификатор правильно, и все в программе станет на положенные места. MathCAD, кстати, избавляет пользователя от множества таких ошибок благодаря необходимости вводить все операторы, управляющие ходом программы, с помощью специальных горячих клавиш или соответствующих кнопок на панели инструментов Программирование. Если бы их нужно было, напротив, набирать вручную с клавиатуры, то и возможности сделать синтаксическую ошибку были бы несравнимо шире.
Второй тип ошибок — ошибки алгоритмические. Это такие ошибки, которые, в принципе, не мешают выполнению программы, но делают результаты такого выполнения полностью лишенными всякого смысла. Многие из таких ошибок — банальные опечатки: там, где нужно было поставить плюс, вы, например, поставили в спешке минус или же сделали что-нибудь другое примерно в таком же духе. Конечно, сказать, что алгоритмические ошибки — это сплошь и рядом одни только опечатки, было бы, мягко говоря, не до конца верно. Потому что очень многие из них являются следствием недостаточности знаний писавшего программу — то есть если ошибочно составлена сама последовательность действий, которые должен сделать MathCAD для того, чтобы вы могли получить интересующий вас результат. Еще великое множество алгоритмических ошибок — результат банальной невнимательности: например, присвоение значения не той переменной, ее необнуление либо, например, вывод не той переменной в качестве результата выполнения вашей программы. В общем-то, именно об алгоритмических ошибках мы с вами сейчас и будем говорить более подробно. Однако есть еще один, особенно неприятный, тип ошибок.
Третий тип — это ошибки мистические. Да-да, именно мистические, я не оговорился. Какие именно это ошибки? Это ошибки, имеющие совершенно непонятную природу и столь же непонятный способ лечения — как правило, это проявления ошибок не в вашей программе, а в каком-то из внутренних компонентов MathCAD'а. К сожалению, эти ошибки, в "большом" программировании встречающиеся не так уж, в общем-то, и часто, в MathCAD'е не такие уж редкие гости. Отчасти это объясняется тем, что MathCAD — это все-таки средство расчетов, а не программирования, которое играет в этой среде второстепенную и вспомогательную роль, но, конечно, когда реально сталкиваешься с такими вот мистическими ошибками, это все не слишком успокаивает. Хотя поначалу почти все ошибки в программах кажутся мистическими, на самом деле большая их часть все-таки имеет рациональную природу. Если же природа появившейся ошибки вам совершенно непонятна, то вам следует коренным образом перестроить структуру программы или хотя бы тот ее фрагмент, в котором локализовалось проявление этой ошибки. Практически во всех случаях этот не слишком хитрый прием позволяет полностью избавить программу от досадной непонятной ошибки.
Что ж, о самих ошибках мы с вами, можно считать, побеседовали. Теперь давайте, пожалуй, перейдем к тому, какими именно способами можно бороться с самыми распространенными из них — то есть алгоритмическими. Об остальных, в общем-то, я уже довольно подробно все рассказал, а вот что касается алгоритмических ошибок, то здесь нужно будет в большинстве случаев прибегнуть к помощи специализированных встроенных в MathCAD инструментов.
Отладка в MathCAD'е
Процесс поиска и устранения алгоритмических ошибок называется по-русски отладкой. По-английски этот же самый процесс называется debugging, то есть, если дословно, "избавление от жучков". В общем-то, и по-русски довольно часто можно услышать термины "дебагинг" или "баг", однако во избежание путаницы мы будем использовать слово "отладка" (если, конечно, не возражаете). Кстати, история возникновения английского термина весьма любопытна, и, вполне возможно, вы ее слышали. Первые компьютеры были машинами весьма громоздкими и дорогостоящими, а потому и всевозможные поломки для них были делом далеко не просто устранимым. Когда выяснилось, что причиной очередной поломки стал жучок, забравшийся внутрь компьютера и вызвавший замыкание, в счете за ремонт записали: "debugging". Рука шутника оказалась легкой — термин, как видите, прижился и используется на протяжении уже многих десятилетий.
В чем же заключается процесс отладки? На самом деле ничего особенно таинственного и трудного для понимания здесь нет. Просто во время отладки у вас есть возможность выполнять программу не сразу "залпом", как это происходит обычно, а пошагово, то есть выполнять последовательно друг за другом каждую строчку программы, делая, когда нужно, паузы для осмысления работы программы и просмотра промежуточных значений каждой из переменных. Отладка используется при разработке любых программ, а потому и создатели MathCAD включили поддержку этого удобного и, в общем-то, достаточно универсального средства выявления ошибок в свой программный продукт. Доступ к инструментам, используемым при отладке программ в MathCAD'е, осуществляется через подпункт Debug меню Tools в главном рабочем окне MathCAD'а (см. соответствующий скриншот).
Стоит отметить, что, поскольку MathCAD — это среда, ориентированная не на программирование, а на различные вычислительные действия, то отладка в ней имеет более широкое применение, чем только отладка программ, которые пишет пользователь. Отлаживать можно и все вычисления даже в том случае, если они выполняются без применения какого-либо программирования с вашей стороны. В общем-то, поскольку такая возможность будет весьма полезной для большинства читателей не столько при программировании в MathCAD'е, сколько при обычных вычислениях, то именно с такой позиции мы с вами и станем рассматривать отладку в этой мощной математической среде. Нам также понадобится панель отладки. Ее включают так же, как все остальные панели инструментов, в меню View -> Toolbars. Конечно, эта панель, как вы могли уже заметить, дублирует отладочное меню в Tools -> Debug, однако, думаю, нажать на кнопку, расположенную на этой панели, будет все-таки проще и быстрее, чем искать соответствующий пункт в надежно спрятанном от пользователя меню.
При переходе в отладочный режим (кнопка либо пункт меню Toggle Debug Mode) внешний вид главного окна MathCAD'а меняется (см. скриншот): внизу появляется специальное окно, используемое для просмотра промежуточной отладочной информации. Оно называется Trace Window.
Однако о том, что именно отображается в этом самом окне, а также о том, что от нас требуется сделать с документом перед тем, как его можно будет уже полноценно отлаживать, мы с вами поговорим, пожалуй, в следующий раз, чтобы не перегружать вас разнообразной полезной информацией. Сейчас же подведем итоги разговора про ошибки, возникающие в процессе написания программ в математической среде MathCAD.
Выводы
Как видите, ошибок в программах действительно бояться не следует. Это вполне нормальная составляющая процесса программирования, неизбежно проявляющаяся в каждом из результатов этого процесса. Тем не менее, с ошибками можно и нужно бороться, и с большинством из них это можно производить с весьма высокой вероятностью достижения успеха. Хотя, конечно же, встречаются и такие ошибки, с которыми трудно будет разобраться даже тому, кто на программировании, что называется, собаку съел. Но все-таки они встречаются не так уж часто. Так что в программировании, если вы хотите избежать мучений, связанных с поиском ошибок, очень важна ваша внимательность. Если вы будете достаточно внимательны при написании программы, то риск допустить ошибку будет сравнительно невелик. Впрочем, это правило применимо не только к программированию.
SF, spaceflyer@tut.by
В общем-то, если сказать, что ошибки никто не любит, это будет не так уж далеко от истины. Точнее, никто не любит собственные ошибки. Чужие любят все, а не только экзаменаторы и разнообразные инспекторы. Однако, к сожалению, при программировании (а написание небольших вспомогательных программок в MathCAD'е, как я уже когда-то давно тому назад говорил, это тоже программирование) ошибки попросту неизбежны. Даже самые лучшие программисты совершают ежедневно множество ошибок, и никто, в общем-то, за это не применяет к ним особых санкций. Существует даже такое мнение, что программа без ошибок совершенно бесполезна — если в ней нет ошибок, значит, в ней нет и никакой полезной функциональности, потому что не ошибается только тот, кто ничего не делает. Так что ошибки в программах — это вполне естественные спутники каждого, кто пишет даже самые маленькие программки, а потому и бояться их не следует. Тем не менее, с ошибками в программах можно и нужно бороться. И для этого существуют специальные средства, некоторые из которых доступны и тем, кто пишет программы в MathCAD'е. Однако, прежде чем рассказывать о том, что это за средства, и как ими нужно пользоваться, нужно, как мне лично кажется, поговорить еще немного о том, вокруг чего будет сосредоточена наша борьба — то есть о самих ошибках.
Классификация ошибок
Поскольку, как я уже говорил, ошибки довольно многочисленны, их имеет смысл классифицировать. Сделать это стоит, в общем-то, уже хотя бы попросту потому, что разные виды ошибок требуют различных к себе подходов, и их устранение требует вложения различного количества труда того, кто писал программу.
Самые простые ошибки — синтаксические. Как вы уже имели возможность воочию убедиться, при программировании очень важно придерживаться определенных правил в записи конструкций. Например, если вы вместо имени функции rkfixed напишете в программе tkfixed, ошибившись при вводе на одну букву и нажав на соседнюю с r клавишу t, то как раз и получите в свое распоряжение самую что ни на есть классическую синтаксическую ошибку. Ни к каким особенно страшным последствиям она (как, впрочем, и все другие ошибки аналогичного класса) не приведет: программа просто не сможет быть выполнена по той причине, что MathCAD не сможет найти функцию, которую вы ему указали. Искать такие ошибки тоже совсем не сложно — они всегда хорошо видны, поскольку даже сама среда подсвечивает их, чтобы можно было найти особенно быстро. Исправлять, соответственно, тоже очень просто: достаточно записать идентификатор правильно, и все в программе станет на положенные места. MathCAD, кстати, избавляет пользователя от множества таких ошибок благодаря необходимости вводить все операторы, управляющие ходом программы, с помощью специальных горячих клавиш или соответствующих кнопок на панели инструментов Программирование. Если бы их нужно было, напротив, набирать вручную с клавиатуры, то и возможности сделать синтаксическую ошибку были бы несравнимо шире.
Второй тип ошибок — ошибки алгоритмические. Это такие ошибки, которые, в принципе, не мешают выполнению программы, но делают результаты такого выполнения полностью лишенными всякого смысла. Многие из таких ошибок — банальные опечатки: там, где нужно было поставить плюс, вы, например, поставили в спешке минус или же сделали что-нибудь другое примерно в таком же духе. Конечно, сказать, что алгоритмические ошибки — это сплошь и рядом одни только опечатки, было бы, мягко говоря, не до конца верно. Потому что очень многие из них являются следствием недостаточности знаний писавшего программу — то есть если ошибочно составлена сама последовательность действий, которые должен сделать MathCAD для того, чтобы вы могли получить интересующий вас результат. Еще великое множество алгоритмических ошибок — результат банальной невнимательности: например, присвоение значения не той переменной, ее необнуление либо, например, вывод не той переменной в качестве результата выполнения вашей программы. В общем-то, именно об алгоритмических ошибках мы с вами сейчас и будем говорить более подробно. Однако есть еще один, особенно неприятный, тип ошибок.
Третий тип — это ошибки мистические. Да-да, именно мистические, я не оговорился. Какие именно это ошибки? Это ошибки, имеющие совершенно непонятную природу и столь же непонятный способ лечения — как правило, это проявления ошибок не в вашей программе, а в каком-то из внутренних компонентов MathCAD'а. К сожалению, эти ошибки, в "большом" программировании встречающиеся не так уж, в общем-то, и часто, в MathCAD'е не такие уж редкие гости. Отчасти это объясняется тем, что MathCAD — это все-таки средство расчетов, а не программирования, которое играет в этой среде второстепенную и вспомогательную роль, но, конечно, когда реально сталкиваешься с такими вот мистическими ошибками, это все не слишком успокаивает. Хотя поначалу почти все ошибки в программах кажутся мистическими, на самом деле большая их часть все-таки имеет рациональную природу. Если же природа появившейся ошибки вам совершенно непонятна, то вам следует коренным образом перестроить структуру программы или хотя бы тот ее фрагмент, в котором локализовалось проявление этой ошибки. Практически во всех случаях этот не слишком хитрый прием позволяет полностью избавить программу от досадной непонятной ошибки.
Что ж, о самих ошибках мы с вами, можно считать, побеседовали. Теперь давайте, пожалуй, перейдем к тому, какими именно способами можно бороться с самыми распространенными из них — то есть алгоритмическими. Об остальных, в общем-то, я уже довольно подробно все рассказал, а вот что касается алгоритмических ошибок, то здесь нужно будет в большинстве случаев прибегнуть к помощи специализированных встроенных в MathCAD инструментов.
Отладка в MathCAD'е
Процесс поиска и устранения алгоритмических ошибок называется по-русски отладкой. По-английски этот же самый процесс называется debugging, то есть, если дословно, "избавление от жучков". В общем-то, и по-русски довольно часто можно услышать термины "дебагинг" или "баг", однако во избежание путаницы мы будем использовать слово "отладка" (если, конечно, не возражаете). Кстати, история возникновения английского термина весьма любопытна, и, вполне возможно, вы ее слышали. Первые компьютеры были машинами весьма громоздкими и дорогостоящими, а потому и всевозможные поломки для них были делом далеко не просто устранимым. Когда выяснилось, что причиной очередной поломки стал жучок, забравшийся внутрь компьютера и вызвавший замыкание, в счете за ремонт записали: "debugging". Рука шутника оказалась легкой — термин, как видите, прижился и используется на протяжении уже многих десятилетий.
Стоит отметить, что, поскольку MathCAD — это среда, ориентированная не на программирование, а на различные вычислительные действия, то отладка в ней имеет более широкое применение, чем только отладка программ, которые пишет пользователь. Отлаживать можно и все вычисления даже в том случае, если они выполняются без применения какого-либо программирования с вашей стороны. В общем-то, поскольку такая возможность будет весьма полезной для большинства читателей не столько при программировании в MathCAD'е, сколько при обычных вычислениях, то именно с такой позиции мы с вами и станем рассматривать отладку в этой мощной математической среде. Нам также понадобится панель отладки. Ее включают так же, как все остальные панели инструментов, в меню View -> Toolbars. Конечно, эта панель, как вы могли уже заметить, дублирует отладочное меню в Tools -> Debug, однако, думаю, нажать на кнопку, расположенную на этой панели, будет все-таки проще и быстрее, чем искать соответствующий пункт в надежно спрятанном от пользователя меню.
Выводы
Как видите, ошибок в программах действительно бояться не следует. Это вполне нормальная составляющая процесса программирования, неизбежно проявляющаяся в каждом из результатов этого процесса. Тем не менее, с ошибками можно и нужно бороться, и с большинством из них это можно производить с весьма высокой вероятностью достижения успеха. Хотя, конечно же, встречаются и такие ошибки, с которыми трудно будет разобраться даже тому, кто на программировании, что называется, собаку съел. Но все-таки они встречаются не так уж часто. Так что в программировании, если вы хотите избежать мучений, связанных с поиском ошибок, очень важна ваша внимательность. Если вы будете достаточно внимательны при написании программы, то риск допустить ошибку будет сравнительно невелик. Впрочем, это правило применимо не только к программированию.
SF, spaceflyer@tut.by
Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 42 за 2008 год в рубрике soft
