Определение дефектов в зависимости от спецификаций ПО

Спецификация ПО — это своего рода «эталон», позволяющий определить, имеет ли данная часть ПО дефекты. Мы не можем оценить корректность программных компонентов без доступа к программным спецификациям. Спецификация ПО содержит описание и требования, из которых должно быть ясно, что должен делать данный программный компонент и чего он делать не должен. Общеизвестно, что довольно трудно написать полные, исчерпывающие и точные спецификации. Спецификации могут представлять собой формальные документы и требования, составленные конечными пользователями, аналитиками, специалистами по созданию пользовательского интерфейса, специалистами в предметной области и др. Спецификации могут также выглядеть как множество целей и не жестко определенных задач, устно излагаемых пользователями проектировщикам и разработчикам ПО. Любое отклонение компонента ПО от его спецификации является дефектом. Чем выше качество спецификации, тем проще выявить дефекты и понять, где программист сделал ошибки. Если спецификация проекта расплывчата, с плохо определенными элементами и нечетко описанными требованиями, то определение протраммных дефектов для такого проекта представляет собой движущуюся мишень. Если спецификации неоднозначны, то трудно сказать, что дефектно, а что нет. Точно так же невозможно утверждать, прав ли был разработчик. Туманно определенные спецификации являются причиной так же туманно определяемых ошибок. В таких условиях создание отказоустойчивого и надежного ПО попросту невозможно.

Обработка ошибок или обработка исключительных ситуаций?

В общем случае ошибки ПО (которые являются результатом оплошности или недоработки программиста) должны быть обнаружены и исправлены на этапах тестирования, перечисленных в табл. 7.1.

Во время процесса тестирования и отладки программные дефекты должны быть обнаружены и ликвидированы. Однако исключительные ситуации (исключения) обрабатываются во время выполнения программы. Следует различать исключительные и нежелательные условия. Например, если мы спроектировали программу, которая будет добавлять в список числа, вводимые пользователем, а пользователь будет вводить и числа, и символы, которые не являются числами, то такая ситуация относится к нежелательной, а не к исключительной. Мы должны проектировать программы, которые были бы робастными, т.е. устойчивыми к ошибкам, прелусматривал проверку корректности входных данных. Ввод данных в программу должен быть организован таким образом, чтобы пользователь был вынужден вводить данные, которые требуются нашей программе для надлежащего выполнения. Если, например, спроектированный нами компонент программы сохраняет информацию на внешнем устройстве, и программа попадает в ситуацию отсутствия свободного пространства на этом устройстве, то такие условия работы программы также можно назвать нежелательными, а не исключительными, или экстраординарными. Исключительные ситуации мы связываем с необычными условиями, а не с нежелательными. Методы обработки исключительных ситуаций предназначены для непредвиденных обстоятельств. Ситуации же, которые являются нежелательными, но вполне возможными и потому предсказуемыми, должны обрабатываться с применением обычной программной логики, например:

if < входные данные неприемлемы, то>

< повторно запрашиваем входные данные>

else

< выполняем нужную операцию> end if

Такая проверка условий — одна из основополагающих граней искусства программирования. Продемонстрированный стиль программирования позволяет не допустить возникновения многих проблем, но эта модель ситуации не «дотягивает» до определения исключительной. Существуют различия между дефектами и исключительными ситуациями, а также между исключительными ситуациями и нежелательными условиями. С дефектами справляются путем тестирования и отладки. Нежелательные условия обрабатываются в рамках обычной программной логики, а исключительные ситуации — методами обработки исключений. Различия между характеристиками обработки ошибок, исключений и нежелательныхусловий сведены в табл. 7.2.

Таблица7.2. Различия между характеристиками обработки ошибок, исключений и нежелательных условий

Наша цель — так построить компоненты обработки ошибок и обработки исключений, чтобы затем их можно было объединить с другими компонентами, составляющими параллельные или распределенные приложения. Эти компоненты должны обладать средствами идентификации проблем и уведомления о них, а также возможностями их корректировки или восстановления работоспособности приложения. Под восстановлением и корректировкой подразумеваются самые различные способы достижения поставленной цели: от предложения пользователю еще раз ввести данные (с подсказкой, например, их правильного формата) до перезагрузки подсистемы в рамках ПО. Действия по восстановлению и корректировке могут включать обработку файлов, возврат из базы данных, изменение сетевого маршрута, маскирование процессоров, повторную инициализацию устройств, а для некоторых систем даже замену элементов оборудования. Компоненты обработки ошибок и исключительных ситуаций могут быть выполнены в различных формах: от простых предписаний до интеллектуальных агентов, единственное назначение которых состоит в предвидении ситуаций сбоя и их предотвращении. Компонентам обработки ошибок и исключений в ответственных участках ПО уделяется значительное внимание. Архитектура упрощенного компонента обработки ошибок представлена на рис. 7.3.

Компонент 1 на рис. 7.3— это простой компонент отображения (map), который содержит список номеров ошибок и их описания. Компонент 2 содержит объект, который преобразует номера ошибок в адреса переходов, функций или подсистем. По номеру ошибки компонент 2 определяет направление перехода. Компонент 3 преобразует номера ошибок в иерархическую структуру отчетов и логику отчетов. Иерархическая структура отчетов содержит данные о том, кого (или что) необходимо уведомить об ошибке. Логика отчетов определяет, что должно включать это уведомление. Компонент 4 содержит два объекта отображения. Первый преобразует номера ошибок в объекты, назначение которых — скорректировать некоторые ситуации сбоя (условия). Второй преобразует номера ошибок в объекты, которые возвращают систему в стабильное или хотя бы частично стабильное состояние. Упрощенный компонент обработки ошибок, показанный на рис. 7.3, можно применить к ПО любого размера и формы. Характер использования компонентов обработки ошибок и исключительных ситуаций определяется требуемой степенью надежности ПО.

Надежность ПО: простой план

Напомним, что мы различаем ошибочные и неудобные (нежелательные) условия. Неудобные или нежелательные условия должны обрабатываться обычной программной логикой. Ошибки (дефекты) требуют специального программирования. В книге Страуструпа Язык программирования С++ (1997) автор приводит четыре основных альтернативных действия, которые может предпринять программа при обнаружении ошибки. По мнению Страуструпа, программа, выявив проблему, которую невозможно обработатьлогически, должна реализовать один из следующих вариантов поведения.

• Вариант1. Завершить программу.

• Вариант 2. Возвратить значение, обозначающее «ошибку».

• Вариант 3. Возвратить значение, обозначающее нормальное завершение, и оставить программу в состоянии с необработанной ошибкой.

• Вариант 4. Вызвать функцию, предназначенную для вызова в случае ошибки.

Эти четыре альтернативы можно «примерить» к отношениям типа «изготовитель-потребитель». Изготовитель — это обычно некоторый участок програм м ного кода, который реализует библиотечную функцию, класс, библиотеку классов или оболочку приложения. В качестве потребителя можно представить участок программного кода, который вызывает библиотечную функцию, класс, библиотеку классов или оболочку приложения. Потребитель делает запрос. Изготовитель при попытке выполнить запрос обнаруживает ошибку, и его дальнейшее поведение должно быть направлено на реализацию одного из перечисленных выше четырех альтернативных вариантов. Однако проблема состоит в том, что ни один из них не универсален.

Очевидно, что завершать программу при каждом обнаружении ошибки попросту неприемлемо. Здесь мы согласны со Страуструпом. В таких случалх следует поступать более изобретательно. Что касается варианта 2, то примитивный возврат значения ошибки действительно может помочь в некоторых ситуациях, но далеко не во всех. Не каждое возвращаемое значение может интерпретироваться как успешное или неудачное. Например, если значение, возвращаемое некоторой функцией, имеет вещественный тип, и область определения функции включает как отрицательные, так и положительные значения, то какое тогда значение функции можно использовать для представления ошибки? Другими словами, это не всегда возможно. С нашей точки зрения, вариант 3 также неприемлем. Ведь если «изготовитель» возвращает значение, обозначающее нормальное завершение, «потребитель» продолжит работу, предположив, что его запрос был выполнен, а это может вызвать еще большие проблемы. Осталось рассмотреть вариант 4. Он требует более внимательного подхода при обсуждении обработки как ошибок, так и исключительных ситуаций.

План А: модель возобновления, план Б: модель завершения

При обнаружении ошибки или исключительной ситуации существует два основных плана для реализации варианта4. Первый план состоит в попытке скорректировать условия, которые вызвали сбой, а затем возобновить выполнение с точки, в которой была обнаружена ошибка или исключительнал ситуация. Этот подход называетс я возобновлением. Второй план состоит в признании (подтверждении) ошибки или исключительной ситуации и постепенном выходе из подсистемы или подпрограммы, в которой возникла проблема. Постепенный выход реализуется путем закрытия соответствующих файлов, разрушения требуемых объектов, регистрации (если это возможно) ошибки, освобождения соответствующей памяти и обработки устройств, которые этого требуют. Такой подход называется завершением, и его не следует путать с понятием резкого выхода из программы. Оба плана вполне действенны и в различных ситуациях оказываются весьма полезными. Прежде чем обсуждать способы реализации моделей возобновления и завершения, имеет смысл рассмотреть средства обработки ошибок и исключительных ситуаций, которые прелусмотрены в языке С++.