Linux программирование в примерах

6. Используя только что написанную функцию strftimes, напишите расширенную версию date, которая принимает форматирующую строку, начинающуюся с ведущего +, и форматирует текущие дату и время (см. date(1)).

7. Обработка тайм-аута в ch14-timers.c довольно примитивна. Перепишите программу с использованием setjmp после вывода приглашения и longjmp из обработчика сигнала. Улучшает ли это структуру или ясность программы?

8. Мы заметили, что ch14-timers.c содержит намеренное состояние гонки. Предположим, пользователь вводит ответ в нужное время, но ch14-timers приостановлена, прежде чем сигнал может быть отменен. Какой вызов вы сделаете, чтобы уменьшить размер проблемного окна?

9. Нарисуйте дерево, как показано в выводе ch14-tsearch в разделе 14.4.5 «Обход дерева: twalk».

10. Исследуйте файл /usr/share/dict/words на системе GNU/Linux. (Это словарь проверки правописания для spell; на различных системах он может находиться в разных местах.) В файле слова размешены в отсортированном порядке, по одному в строке.

Для начала используйте программу awk для создания нового списка в случайном порядке:

 $ awk '{ list[$0]++ }
 > END { for (i in list) print i }' /usr/share/dict/words > /tmp/wlist

Далее, напишите две программы. Каждая должна читать новый список и сохранять каждое прочитанное слово в дереве и массиве соответственно. Вторая программа должна использовать для сортировки массива qsort, а для поиска — bsearch. Получите из дерева или массива слово 'gravy'. Вычислите время работы двух программ, чтобы увидеть, какая быстрее. Вам может потребоваться заключить получение слова внутрь цикла, повторяющегося множество раз (скажем, 1000), чтобы получить достаточное для определения разницы время.

Используйте вывод ps, чтобы посмотреть, сколько памяти используют программы

11. Повторно запустите обе программы, использовав оригинальный отсортированный словарный файл, и посмотрите, как изменятся временные результаты (если они вообще изменятся).

Часть 3 Отладка и заключительный проект

Глава 15 Отладка

Имеется множество правил, начиная с логики программы и расположения данных, через организацию и расположение кода и кончая реализацией, которые могут минимизировать ошибки и проблемы. Мы рекомендуем вам изучить их; найдите хорошие книги по проектированию и дизайну программного обеспечения и реализуйте содержащиеся там советы на практике! Каждая программа, размером превышающая несколько сот строк кода, должна быть тщательно продумана и спроектирована, а не обтяпана, пока не начнет работать.

Однако, поскольку программисты люди, ошибки программирования неизбежны. Отладка является процессом обнаружения и устранения ошибок в программах. Даже хорошо спроектированные и хорошо реализованные программы иногда не работают; когда что-то идет не так и вы не можете выяснить, почему, хорошей мыслью является нацелить на код отладчик и понаблюдать за появлением ошибки.

Данная глава охватывает ряд тем, начиная с общих методик и советов по отладке (компилирование для отладки и элементарное использование GDB, отладчика GNU), переходя к ряду методик для использования при разработке и отладке программы, упрощающих отладку, и затем рассмотрением ряда инструментов, помогающих в процессе отладки. Глава завершается краткими сведениями по тестированию программного обеспечения и великолепным набором «правил отладки», извлеченных из книги, которую мы весьма рекомендуем.

Большая часть наших советов основана на нашем долгосрочном опыте участия в качестве добровольца в проекте GNU по поддержке gawk (GNU awk). Большинство, если не все, специфические примеры, которые мы представляем, происходят от этой программы. На протяжении главы особые рекомендации помечены словом Рекомендация.

15.1. Сначала главное

Когда программа ведет себя неправильно, вы можете быть в затруднении, что делать сначала. Часто странное поведение возникает из-за неправильного использования памяти — использования неинициализированных значений, чтения или записи за пределами динамической памяти и т.д. Поэтому вы можете быстрее получить результаты, попробовав средства отладки памяти до того, как заведете отладчик.

Довод заключается в том, что утилиты памяти могут указать вам непосредственно на вызывающую сбой строку кода, тогда как использование отладчика больше напоминает миссию «найти и уничтожить», в которой вам нужно сначала изолировать проблему, а затем исправить ее. Убедившись, что дело не в проблемах памяти, можно переходить к использованию отладчика.

Поскольку отладчик является более универсальным средством, мы рассмотрим его вначале. Далее в главе мы обсудим ряд инструментов для отладки памяти.

15.2. Компиляция для отладки

Для использования отладчика исходного кода, отлаживаемый исполняемый файл должен быть откомпилирован с опцией компилятора – g. Эта опция заставляет компилятор внедрять в объектный код дополнительные отладочные идентификаторы; то есть дополнительные сведения, содержащие имена и типы переменных, констант, функций и так далее. Отладчик затем использует эту информацию для приведения в соответствие местоположения исходного кода с исполняемым кодом и получения или сохранения значений переменных в работающей программе.

На многих системах Unix опция компилятора – g является взаимно исключающей с опцией – O, которая включает оптимизацию. Это потому, что оптимизации могут вызвать перестановку битов и участков объектного кода, так что больше не будет прямого соответствия с тем, что исполняется, и линейным прочтением исходного кода. Отменив оптимизации, вы значительно облегчаете отладчику установление связи между объектным и исходным кодом, и в свою очередь, пошаговое прохождение программы работает очевидным образом. (Пошаговое исполнение вскоре будет описано.)

GCC, GNU Compiler Collection (коллекция компиляторов GNU), на самом деле допускает совместное использование – g и – O. Однако, это привносит как раз ту проблему, которую мы хотим избежать при отладке: следование исполнению в отладчике становится значительно более трудным. Преимуществом совместного использования опций является то, что вы можете оставить отладочные идентификаторы в конечном оптимизированном исполняемом модуле. Они занимают лишь дисковое пространство, а не память. После этого установленный исполняемый файл все еще можно отлаживать при непредвиденных случаях.

По нашему опыту, если нужно использовать отладчик, лучше перекомпилировать приложение с самого начала, использовав лишь опцию – g. Это значительно упрощает трассировку; имеется достаточно деталей, за которыми нужно следить при простом прохождении написанной программы, не беспокоясь о том, как компилятор переставляет код.

Есть одно предостережение: убедитесь, что поведение программы все еще неправильное. Воспроизводимость является ключевой при отладке; если вы не можете воспроизвести проблему, гораздо труднее ее выследить и исправить. В редких случаях компиляция без опции – O может устранить ошибку [161] . Обычно проблема остается при компиляции без использования опции – O, что означает, что на самом деле действительно имеется какая-то разновидность логической ошибки, ждущая своего обнаружения.

161

Оптимизации компилятора являются общеизвестным козлом отпущения для логических ошибок. В прошлом обвинения компиляторов были более оправданы. Судя по нашему опыту, используя современные системы и компиляторы, очень редко можно обнаружить случаи, в которых оптимизации компилятора привносят ошибки в работающий код — Примеч. автора.