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根据软件代码规模,应用软件的开发大致分为三 种模式。

程序员个人开发的小软件

用例图

这种模式和早期的软件开发模式类似。 小软件开发用例图如图所示。

 

 

软件调试的特点

发现问题(测试)、定位问题和提出解决问题方 案、修改程序代码、验证全部由程序员负责。

软件调试 可以分为静态调试与动态调试。

1、静态调试。 源程序代码编译时同时对源代码进行静态检查, 编译器提供了源代码各种编程错误和错误所在的位 置。 静态调试就是程序员逐条修改编译器提示的错 误,通过代码编译这一关。

2、动态调试。 动态调试分为查错和纠错。 查错就是对程序进行 功能性能测试,查找各种不符合设计要求的各种问题; 纠错就是根据发现的问题,查找原因,修改程序源代 码。 这里的软件调试工作包括软件测试。 动态调试通 常采用以下两种方式:

  • 仔细分析发现的问题,通过推理来查找发生 问题的原因。 程序员对程序的架构设计、编码实现十 分熟悉,往往能比较快地定位和处理问题。 这种方式 通常具有全局观念,可以避免解决问题过程中诱导出 现其他问题。
  • 通过调试工具采用人机交互方式调试代码。 这种方式是逐条执行和跟踪程序代码,观察各种状态 和变量的变化,检查是否符合程序设计的要求来定位 问题。 这种方式有助于查找程序代码的微观错误,要 求程序员对程序代码的实现十分熟悉。 这两种方式是互补的,综合应用调试程序代码。

3、版本管理。 版本管理通常采用小型软件配置管理工具VSS, 也可采用文件存储的方式

程序组软件开发

这种模式与软件开发中期的开发模式类似。 通常 软件分为多个软件模块,每个程序员仅负责自己开发 的软件模块。 这种开发模式通常用于中、小型软件的 开发。

角色和用例图

软件设计人员:负责软件设计,提供设计规格 文档。

程序开发组:程序代码编写和程序调试,负责软件 的版本管理和集成构建。

测试人员:负责软件功能、性能测试。 程序组开发的软件用例图如图所示

 

 

软件调试的特点

1、软件的设计工作和大部分测试工作从程序组 工作中分离出去。 设计人员负责软件设计,程序员负 责程序代码的实现,定位问题和提出解决问题方案往 往由设计人员和程序组共同合作处理,程序员负责软 件纠错(程序代码修改),测试人员负责测试工作。

2、调试分为两个阶段:

(1)、开发组自己测试软件。 程序员完成程序源代码的编写,程序代码的静态 检查,使用调试工具对程序代码进行功能点的调试。 所有的功能点都调试完成后,通过组内代码评审之后, 将源代码合入版本库。 开发组组长指定某个程序员负责程序代码的集成 构建,编译过程中发现的问题,反馈给相关的程序员进 行处理。 源代码完成集成构建之后,打包提交给测试 人员测试。

(2)、测试人员测试软件。 测试人员根据设计规格文档设计测试用例,测试 提交过来的软件包。 测试人员发现的各种问题反馈给 程序开发组进行软件调试处理。 程序开发组和设计人 员确定发生问题的原因,确定修改方案,分配给相关的 程序员进行代码纠错处理。 对于比较复杂的问题,软 件设计人员需要提供实现编码的设计文档。 程序代码修改后,进行验证和确认。

3、版本管理通常采用软件配置管理工具 SVN。 通过版本管理工具对程序员提交的代码进行冲突检 查,通过调试处理保证代码的兼容性和一致性。

项目组开发的软件

软件通常由多个模块组成,每个模块由若干开发 单元组成。 开发单元分配给程序员编写程序代码。 这 种开发模式通常用于大型软件的开发。

角色和用例图

1、软件设计组:提供总体和各模块的设计规格 文档。

2、软件开发组:按模块分为开发小组,开发小组 将开发单元分配给程序员进行程序编码。

3、软件配置管理员:负责基线和版本库的管理。

4、持续集成工程师:负责软件的持续集成工作,搭建的集成构建工程,通过制定定时任务来自动 完成从版本库更新代码、静态检查、编译、出包、冒烟测 试等任务。 冒烟测试也称为预测试,对集成构建成功 的软件包的主要功能进行快速自动化测试。 构建成 功,可以获得最新Build版本,建立新的编码基线。 持 续集成工程师进行全量构建生成内部转测试版本,提 交测试组进行的测试工作。

5、软件测试组:对软件转测试版本进行功能、性 能测试,通过后产生测试(Tested)基线。 为持续集成 工作提供进行冒烟测试的自动化测试用例脚本包,搭 建相应的测试环境。 项目组开发软件(通常为大型软件)用例图如图 所示。

 

软件调试的特点

1、软件设计人员和软件测试人员增加了,有的软 件项目测试人员比开发人员还要多。 软件测试不仅要 发现程序编码中的问题,而且测试软件设计中的问题。 设计中的问题自然由设计人员处理,程序编码中的问 题由设计人员和开发人员共同处理。

2、软件的版本管理和集成构建工作由专人负责,实行基线和版本库的管理。 基线管理[13-14]为全体开 发人员提供统一的开发基点,统一的程序接口。 通过 控制集成构建的频率,有助于及时发现程序代码问题。

3、软件调试分为三个阶段:

(1)、开发人员调试自己开发软件单元。 程序开发人员每天从版本库检出需要的文件,放 在本地作为工作副本开始工作。 在工作副本上进行查 看、修改、编译、运行、调试等操作。 为了提供高质量的 代码,需要对编写好的代码进行单元测试,静态走码检 查,冲突处理和本地构建工作,处理发现的各种问题。 最后将评审过的代码提交到版本库。 开发人员向版本 库提交时,要添加注释、说明、CR单号、修改原因等,以 保证可追溯。

(2)、处理持续集成工程师发现的问题。 通常持续集成工作包括静态测试、编译、链接和冒 烟测试,每一步发现问题都要反馈给相关开发人员处 理,直到通过集成构建。

(3)、处理测试组发现的问题。 测试组测试转测试版本,将测试结果反馈给相关 人员,对存在的问题逐一定位,查找原因,修改程序,对 每个软件缺陷问题进行跟踪管理,直到问题解决为止。

4、设计人员和程序员共同处理反馈的各种问题, 定位问题和提出解决问题方案。 程序员负责程序代码 修改,测试人员负责验证和确认工作。

5、版本管理可以选择SVN、ClearCase、Git等软件 配置管理工具。 通过版本管理工具进行软件的版本管 理、基线管理和代码冲突检查。

6、软件开发过程中采用持续集成和基线管理技 术,可以更有效地进行开发和调试工作。

在日常工作中,我们还是有些原则要坚守,也有些策略可用:

1、调试的本质:确认原则

修正充满错误的程序,就是逐个确认,你自认为正确的许多事情所对应的代码确实是正确的。当你发现其中某个假设不成立时,就表示已经找到了关于程序错误的位置的线索了,可能并不时准确的位置。

换一种表达方式来说:惊讶是好事。当你认为关于程序的某件事情是正确的,而在确认它的过程中却失败了,你就会感到惊讶,但这是好事,因为这种发现会引导你找到程序错误所在的位置。

2、熟悉软件设计和编码

让熟悉软件设计和编码的人参与调试工作,修改 错误也是程序设计的一种形式。 在程序设计阶段使用 的方法都可以应用到程序错误的修正工作中。

3、从简单工作开始调试

在调试过程的开始阶段,应该从容易、简单的情况开始运行程序。这样做也许无法揭示所有程序错误,但是很有可能发现其中的部分错误。例如,如果代码由大型循环组成,则最容易发现程序错误的是在第一次或第二次迭代期间引发错误。又比如多线程程序改为单线程或减少几个线程。

4、从软件模块的最小集成包开始

在增量式软件开发过程中,软件模块最初的起始 可能是一个最低功能限度的集成包,随后新的代码不 断加入到系统中。 调试工作可以从最小的集成包开 始,不断增加代码和模块来查找、定位问题。

5、分而治之

每次只处理一个问题,把被调试组件从其上下文 组件之中孤立出来,通过设计驱动模块和桩模块进行 调试。

6、发现问题及时反馈和处理

检测到的错误越早,就越容易找到原因。 如果等 到问题症状出现在客户端接口,那么可能很难缩小发 生问题的原因列表。

7、兼顾全局

程序代码错误修改兼顾全局,确保修改错误没有 影响软件的其他部分。

8、彻底修改

如果提出的修改方案不能解释与该错误有关的全 部线索,那就表明只修改了错误的一部分,必须对错误 进行彻底修改。

9、关注相关问题

在查找问题根源时,对可能发现的一些相关问题 也要做处理。 暂时不能处理的相关问题应该记录在案,为以后的调试工作保留相关信息。】

10、自顶向下的方法

通常采用自顶向下或模块化方法来编写代码。 采 用自顶向下或模块化的方法来调试代码,可以缩小软件问题定位的范围,提高调试效率。

在我们对某个问题进行调试前一定要做足准备工作,不然后面的调试工作会面临极大的困难,甚至都无法开展调试工作。

必须要做的准备工作

不管我们是在开发期调试,还是在发布后调试,都要做好如下准备工作:

  1. 充足的心里准备
    这个太重要了,在实际工作中,我见到太多被问题吓怕的人。在还没整清楚问题是什么时就已经打了退堂鼓,把工作和问题给别人。面对任何问题,我们首先要做的就是树立起信心。特别是在计算机的世界里,事出必有因,且一定具有事情的发生的必然逻辑。所以,我们只要有信心就肯定能解决问题。
  2. 编写高质量代码
    程序开发者应该提供高质量的程序代码,包括规 范的代码和必要的注释,对开发的代码进行单元测试, 经过同行严格的代码评审。 这样一是减少问题发生,二是对调试定位问题和问题修改有很大的帮助。
  3. 了解软件的设计和算法,熟悉软件代码
    调试一个软件模块,需要了解它的设计和实现算 法,了解各个函数之间的调用关系,该模块与其他模块 之间的接口关系。
  4. 熟悉软件运行环境
    首先要明白我们软件要求的运行环境。了解用户机的环境,是否满足软件运行要求,排除一些运行环境引起的软件异常。同时随着硬件、操作系统、网络技术、云技术、大数据技术的发展,软件 运行环境越来越复杂,调试者只有熟悉这些环境和环 境配置,才能保证软件正常运行和调试。
  5. 熟悉调试工具
    调试工具提供很多功能来帮助我们调试分析程序,只有熟练掌握调试工具,才能开展我们的调试工作。
  6. 足够的日志输出
    日志的作用不用我多说,如果日志有足够的信息,我们甚至都可以不用调试器,都能定位问题和解决问题。
  7. 知道用户的操作流程
    某些问题更用户的独特使用习惯和操作步骤有关,如果我们不知道,很有可能复现不了问题从而无法解决。

开发过程中的调试准备工作

还在软件的开发过程中,我们就会遇到许多问题和异常,为了解决这些问题,我们需要做如下准备工作:

  1. 了解我们的工程属性配置
    要知道我们的工程属性做了哪些配置,特别是一些特殊的配置,最好知道没一个配置选项对我们程序行为的影响。要知道发生问题前配置有没有做修改,为什么修改。
  2. 知道代码组织结构
    只有知道代码组织结构,我们才能快速定位代码
  3. 准备充分必要的数据
    相当一部分问题可能是数据引起,我们只有有这样的问题数据,才能引发问题和调试定位问题。
  4. 了解代码里使用的第三方库的原理和使用要求
    如果不知道,可能会发生一些莫名其妙的问题,让我们无从下手。

软件发布后问题的调试准备工作

我们在开发时,严格尊搜了代码规范,进行了单元测试,也进行了组织内部的严格测试,但是,当我们的软件发布,功能上线后,用户还是会反馈很多问题,有的问题还非常致命。为了调试这些问题,我们要做如下准备工作:

  1. 做好代码发布分支管理
  2. 准被好符号文件
    如果是Windows上C++/.net开发的,一定要生成好符号文件,甚至是Map文件,且要做好符号版本管理
  3. 做好发布包版本管理
  4. 充分收集用户的相关信息
    应用版本、操作系统、硬件信息,使用流程、日志、注册表等一切相关信息

软件调试和版本管理的关系非常密切:

  • 在软件调试过程中可能有多种算法都可达到 预期的目标,但只能选择其中一种,这时需要保留各种 有价值的算法版本;软件调试完成后,需要进行代码优 化,在代码优化的过程中需要保留各种不同的版本;软 件调试完成后,需要增加功能和提升性能,在此基础上 开展下一步调试工作,需要保留调试好的软件版本。
  • 在多人开发同一个软件系统的过程中,需要 通过版本管理调试解决代码冲突问题。
  • 软件产品实际上是某个版本的软件产品,从 某种意义上来讲,软件产品打补丁和开发软件的新版本是更高层次的软件开发调试工作。
  • 某个具体问题,肯定是发生在某个具体版本上,当我们调试时,一定需要某个版本的源代码、发布包和符号文件

调试的关键在于推断程序内部的错误位置及原因,可以采用以下方法:

1、分析和推理

设计人员和开发人员根据软件缺陷问题的信息, 分析和推理调试软件。

(1)根据软件程序架构自顶向下缩小定位范围, 确定可能发生问题的软件组件。

(2)根据软件功能,软件运行时序定位软件问题。

(3)根据算法原理,分析和确定缺陷问题发生的 根源。

2、归纳类比法

归纳法是一种从特殊推断一般的系统化思考方法,归纳法调试的基本思想是:从一些线索(错误征兆)着手,通过分析它们之间的关系来找出错误。该方法主要是根据积累的工作经验和案例处理调试工作。

(1)根据工作经验和比对程序设计中类似问题的 处理方式进行调试工作。

(2)咨询相关部门和有经验的相关人员。

(3)查找相关文档和案例,为处理问题提供思路 和方法。 在软件开发过程中,通常对每个缺陷问 题进行跟踪管理,将解决问题的方案和过程详细记录。

(4)收集出错的信息,列出数据,包括输入,输出,归纳整理,发现规律,从线索除法,寻找线索之间的联系。也就意味着:从特殊到一般。归纳调试的步骤可以概括为以下一个图

3、跟踪回朔

在小程序中常用的一种有效的调试方法,一旦发现了错误,人们先分析错误的征兆,确定最先发现“症状“的位置然后,人工沿程序的控制流程,向回追踪源程序代码,直到找到错误根源或确定错误产生的范围,例如,程序中发现错误处是某个打印语句,通过输出值可推断程序在这一点上变量的值,再从这一点出发,回溯程序的执行过程,反复思考:“如果程序在这一点上的状态(变量的值)是这样,那么程序在上一点的状态一定是这样···“直到找到错误所在。

在软件开发通常采用基线与版本管理。 基线为 程序代码开发提供统一的开发基点,基线的建立有助 于分清楚各个阶段存在的问题,便于对缺陷问题定位。 软件版本在软件产品的开发过程中生成了一个版本 树。 软件产品实际上是某个软件版本,新产品的开发 通常是在某个软件版本的基础上进行开发。

(1)开发过程中发现有问题,可以回退至版本树上的稳定版本,查找问题根源。

(2)通过基线版本序列可以追踪产品的各种问 题,可以重新建立基于某个版本的配置,可以重现软件 开发过程中的软件缺陷和各种问题,进行定位并查找 问题根源。

4、增量调试

软件开发大多采用软件配置管理和持续集成 技术。 开发人员每天将评代码提交到版本库。 持续集 成人员完成集成构建工作。 可以通过控制持续集成的 粒度(构建时间间隔),控制开发人员提交到版本库的 程序代码量,从而便于对缺陷问题定位。 通常每天晚 上进行持续集成工作,发现问题时,开发人员实际上只需要调试处理当天编写的代码。

5、写出能重现问题的最短代码

采用程序切片和插桩技术写出能重现问题的最短 代码调试软件模块。

(1)程序切片
程序切片是通过在特定位置消除那些不影响表达 式计算的所有语句,把程序减少到最小化形式,并仍能 产生给定的行为。 使用切片技术,可以把一个规模较 大并且较复杂的软件模块转换成多个切片程序。 这些 切片程序相对原来的程序,简单并且易于调试和测试。

(2)程序插桩
程序插桩方法是在被测程序中插入某些语句或者 程序段来获取各种信息。 通过这些信息进一步了解执 行过程中程序的一些动态特性。 一个软件组件的独立 调试和测试需要采用插桩技术,该组件调用或运行需 要桩模块。 在软件模块的调试过程中程序切片和程序插桩可 以结合起来使用。

6、日志追踪技术

日志是一种记录机制,软件模块持续集成构建过 程中,日志文件记录了有用信息。 若构建失败,通过查 看日志文件,将信息反馈给相关人员进行软件调试。

7、调试和测试融合的技术

(1)测试驱动开发

测试驱动开发是一种不同于传统软件开发流程的 开发方法。 在编写某个功能的代码之前先编写测试代 码,然后编写测试通过的功能代码,这有助于编写简洁 可用和高质量的代码。

(2)开发与测试融合

程序开发人员除了进行程序代码的编写,白盒测 试,也要完成基本的功能测试设计和执行。 这样有助 于程序开发人员更好地开展调试工作。 程序开发人员 可以通过交叉测试来解决测试心理学的问题(不能自 己测试自己)。 采用这种模式测试人员的数量会减少,专业的测 试人员去做其他复杂的测试工作。 研发中的很多低级 缺陷会尽早在开发过程中被发现,从而减少缺陷后期 发现的成本。

8、强行排错

这种调试方法目前使用较多,效率较低,它不需要过多的思考,比较省脑筋。例如:

(1)通过内存全部打印来调试,在这大量的数据中寻找出错的位置。

(2)在程序特定位置设置打印语句,把打印语句插在出错的源程序的各个关键变量改变部位,重要分支部位,子程序调用部位,跟踪程序的执行,监视重要变量的变化

(3)自动调用工具,利用某些程序语言的调试功能或专门的交互式调试工具,分析程序的动态过程,而不必修改程序。

应用以上任一种方法之前,都应当对错误的征兆进行全面彻底的分析,得出对出错位置及错误性质的推测,再使用一种适当的调试方法来检验推测的正确性。

9、演绎法调试

演绎法是一种从一般原理或前提出发,经过排除和精华的过程来推导出结论的思考方法,演绎法排错是测试人员首先根据已有的测试用例,设想及枚举出所有可能出错的原因作为假设,然后再用原始测试数据或新的测试,从中逐个排除不可能正确的假设,最后,再用测试数据验证余下的假设确是出错的原因。

(1) 列举所有可能出错原因的假设,把所有可能的错误原因列成表,通过它们,可以组织,分析现有数据

(2) 利用已有的测试数据,排除不正确的假设

仔细分析已有的数据,寻找矛盾,力求排除前一步列出所有原因,如果所有原因都被排除了,则需要补充一些数据(测试用例),以建立新的假设。

(3)改进余下的假设

利用已知的线索,进一步改进余下的假设,使之更具体化,以便可以精确地确定出错位置

(4)证明余下的假设