3.1 — Błędy składniowe i semantyczne

Błędy oprogramowania są powszechne. Łatwo je zrobić, trudno je znaleźć. W tym rozdziale omówimy tematy związane ze znajdowaniem i usuwaniem błędów w naszych programach C++, w tym nauczymy się korzystać ze zintegrowanego debugera, który jest częścią naszego IDE.

Chociaż narzędzia i techniki debugowania nie są częścią standardu C++, nauczenie się znajdowania i usuwania błędów w pisanych programach jest niezwykle ważną częścią odniesienia sukcesu jako programista. Dlatego poświęcimy trochę czasu na omówienie takich tematów, tak aby w miarę jak pisane przez Ciebie programy staną się bardziej złożone, Twoja zdolność do diagnozowania i rozwiązywania problemów będzie rosła w podobnym tempie.

Jeśli masz doświadczenie w debugowaniu programów w innym języku programowania, większość z tych zagadnień będzie ci znana.

Błędy składniowe

Programowanie może być wyzwaniem, a C++ jest dość dziwacznym językiem. Jeśli połączysz te dwa elementy, otrzymasz wiele sposobów na popełnienie błędów. Błędy ogólnie dzielą się na jedną z dwóch kategorii: błędy składniowe i błędy semantyczne (błędy logiczne).

składnią błąd występują, gdy piszesz instrukcję, która nie jest poprawna zgodnie z gramatyką języka C++. Obejmuje to błędy, takie jak brakujące średniki, niedopasowane nawiasy lub nawiasy klamrowe itp. Na przykład następujący program zawiera sporo błędów składniowych:

#include <iostream>

int main( // brak nawiasu zamykającego
{
    int 1x; // nazwa zmiennej nie może zaczynać się od liczba
    std::cout << "Hi there"; << x +++ << '\n'; // zewnętrzny średnik, operator+++ nie istnieje
    return 0 // brakujący średnik na końcu instrukcji
}

Na szczęście kompilator wykryje błędy składniowe i wyświetli ostrzeżenie lub błąd kompilacji, dzięki czemu można łatwo zidentyfikować i naprawić problem. Potem pozostaje już tylko ponowna kompilacja, aż pozbędziesz się wszystkich błędów.

Błędy semantyczne

Błąd semantyczny to błąd w znaczeniu. Występują one, gdy instrukcja jest poprawna składniowo, ale albo narusza inne zasady języka, albo nie robi tego, co zamierzył programista.

Kompilator może wychwycić pewnego rodzaju błędy semantyczne. Typowe przykłady obejmują użycie niezadeklarowanej zmiennej, niezgodność typów (kiedy używamy gdzieś obiektu o niewłaściwym typie) itp…

Na przykład następujący program zawiera kilka błędów semantycznych w czasie kompilacji:

int main()
{
    5 = x; // x nie zadeklarowany, nie można przypisać wartości 5
    return "hello"; // "hello" nie może zostać przekonwertowane na int
}

Inne błędy semantyczne pojawiają się dopiero w czasie wykonywania. Czasami spowodują one awarię programu, na przykład w przypadku dzielenia przez zero:

#include <iostream>

int main()
{
    int a { 10 };
    int b { 0 };
    std::cout << a << " / " << b << " = " << a / b << '\n'; // podział przez 0 jest niezdefiniowany w matematyce
    return 0;
}

Często powodują one po prostu złą wartość lub zachowanie:

#include <iostream>

int main()
{
    int x; // nie podano inicjatora
    std::cout << x << '\n'; // Użycie niezainicjowanej zmiennej prowadzi do niezdefiniowanego wynik

    return 0;
}

lub

#include <iostream>

int add(int x, int y) // ta funkcja ma wykonywać dodawanie
{
    return x - y; // ale tak nie jest z powodu użycia niewłaściwego operatora
}

int main()
{
    std::cout << "5 + 3 = " << add(5, 3) << '\n'; // powinna wygenerować 8, ale daje 2

    return 0;
}

lub

#include <iostream>

int main()
{
    return 0; // funkcja tutaj zwracająca

    std::cout << "Hello, world!\n"; // więc to nigdy się nie wykona
}

W powyższym przykładzie błędy są dość łatwe do wykrycia. Jednak w większości nietrywialnych programów błędy semantyczne w czasie wykonywania nie są łatwe do znalezienia, patrząc na kod. Tutaj mogą się przydać techniki debugowania.