Отладка в IDLE — найдите и исправьте ошибки Python‑кода

Ошибки совершают все — даже опытные профессиональные разработчики!

Интерактивный интерпретатор Python, IDLE, довольно хорошо выявляет такие ошибки, как синтаксические ошибки и ошибки времени выполнения, но есть третий тип ошибок, с которыми вы, возможно, уже сталкивались. Логические ошибки возникают, когда действующая в остальном программа не выполняет то, что было задумано. Логические ошибки вызывают непредвиденное поведение, называемое ошибками. Удаление ошибок называется отладкой.

В этом уроке:

Отладчик — это инструмент, который помогает выявлять ошибки и понимать, почему они возникают. Умение находить и исправлять ошибки в коде — это навык, который вы будете использовать на протяжении всей своей карьеры программиста!

В этом уроке вы:

• Узнайте, как использовать окно управления отладкой IDLE;
• Попрактикуйтесь в отладке ошибочной функции;
• Изучите альтернативные методы отладки вашего кода.

Используйте окно управления отладкой

Основным интерфейсом отладчика IDLE является окно Debug Control, или для краткости окно Debug. Вы можете открыть окно «Debug», выбрав «Debug» → «Debugger» в главном меню интерактивного окна. Идите вперед и откройте окно отладки.

Примечание. Если в строке меню отсутствует меню «Debug», убедитесь, что интерактивное окно находится в фокусе, щелкнув его.

Каждый раз, когда открыто окно отладки, интерактивное окно отображает [DEBUG ON] рядом с приглашением, указывающим, что отладчик открыт. Теперь откройте новое окно редактора и расположите три окна на экране так, чтобы вы могли видеть их все одновременно.

В этом разделе вы узнаете, как организовано окно отладки, как по-шагово выполнять код с отладчиком по одной строке за раз и как устанавливать точки останова, чтобы ускорить процесс отладки.

Окно управления отладкой: обзор

Чтобы увидеть, как работает отладчик, вы можете начать с написания простой программы без каких-либо ошибок. Введите в окно редактора следующее:

for i in range(1, 4):
    j = i * 2
    print(f"i is {i} and j is {j}")

Сохраните файл, затем оставьте окно отладки открытым и нажмите F5. Вы заметите, что до исполнения не далеко.

Окно отладки будет выглядеть так:

Обратите внимание, что панель стека в верхней части окна содержит следующее сообщение:

> '__main__'.(), line 1: for i in range(1, 4):

Это говорит о том, что строка 1 (которая содержит код for i in range(1, 4):) вот-вот будет запущена, но еще не началась. Часть сообщения '__main__'.() относится к тому факту, что вы в данный момент находитесь в основном разделе программы, а не находитесь, например, в определении функции до того, как будет достигнут основной блок кода.

Под панелью Stack находится панель Locals, в которой перечислены некоторые странно выглядящие вещи, такие как __annotations__, __builtins__, __doc__ и т.д. Это внутренние системные переменные, которые пока можно игнорировать. Во время выполнения программы вы увидите переменные, объявленные в коде, отображаемом в этом окне, чтобы вы могли отслеживать их значение.

В верхнем левом углу окна отладки расположены пять кнопок: Go, Step, Over, Out и Quit. Эти кнопки управляют тем, как отладчик перемещается по вашему коду.

В следующих разделах вы узнаете, что делает каждая из этих кнопок, начиная с Step.

Кнопка Step

Идите вперед и нажмите Step в верхнем левом углу окна отладки. Окно отладки немного изменится и будет выглядеть так:

Здесь есть два отличия, на которые следует обратить внимание. Сначала сообщение на панели стека меняется на следующее:

> '__main__'.(), line 2: j = i * 2:

На этом этапе выполняется строка 1 вашего кода, а отладчик остановился непосредственно перед выполнением строки 2.

Второе изменение, которое следует отметить, — это новая переменная i, которой на панели Locals присвоено значение 1. Это потому, что цикл for в первой строке кода создал переменную i и присвоил ей значение 1.

Продолжайте нажимать кнопку Step, чтобы пройтись по вашему коду построчно, и посмотрите, что происходит в окне отладчика. Когда вы дойдете до строкового вывода (print(f"i is {i} and j is {j}")), вы сможете увидеть вывод, отображаемый в интерактивном окне, по частям.

Таким образом, вы можете отслеживать растущие значения i и j по мере прохождения цикла for. Вы, наверное, можете себе представить, насколько полезна эта функция при попытке найти источник ошибок в ваших программах. Знание значения каждой переменной в каждой строке кода может помочь вам определить, где что-то идет не так.

Точки останова и кнопка перехода

Часто вы можете знать, что ошибка должна быть в определенном разделе вашего кода, но вы можете не знать, где именно. Вместо того, чтобы нажимать кнопку Step целый день, вы можете установить точку останова, которая сообщает отладчику о необходимости непрерывно запускать весь код, пока он не достигнет точки останова.

Точка останова^એ сообщают отладчику, когда следует приостановить выполнение кода, чтобы вы могли взглянуть на текущее состояние программы. На самом деле они ничего не ломают.

Чтобы установить точку останова, на строке кода в окне редактора, на которой вы хотите сделать паузу, щелкните правой кнопкой мыши и выберите «Set Breakpoint». IDLE выделяет линию желтым цветом, чтобы указать, что ваша точка останова установлена. Чтобы удалить точку останова, щелкните правой кнопкой мыши строку с точкой останова и выберите «Clear Breakpoint».

Продолжайте и нажмите Quit в верхней части окна Debug, чтобы выключить отладчик на данный момент. Это не закроет окно,и вы захотите оставить его открытым, потому что через мгновение вы снова будете им пользоваться.

Установите точку останова в строке кода с помощью оператора print(). Окно редактора теперь должно выглядеть так:

Сохраните и запустите файл. Как и раньше, панель стека в окне отладки указывает, что отладчик запущен и ожидает выполнения строки 1. Щелкните Go и посмотрите, что происходит в окне отладки:

На панели стека теперь отображается следующее сообщение, указывающее, что он ожидает выполнения строки 3:

> '__main__'.(), line 3: print(f"i is {i} and j is {j}")

Если вы посмотрите на панель «Locals», то увидите, что обе переменные i и j имеют значения 1 и 2 соответственно. Нажав Go, вы указали отладчику, что он должен выполнять ваш код непрерывно, пока он не достигнет точки останова или конца программы. Снова нажмите Go. Окно отладки теперь выглядит так:

Вы видите, что изменилось? То же сообщение, что и раньше, отображается на панели стека, указывая, что отладчик ожидает повторного выполнения строки 3. Однако значения переменных i и j теперь равны 2 и 4. Интерактивное окно также отображает результат выполнения строки с помощью print() в первый раз в цикле.

Каждый раз, когда вы нажимаете кнопку Go, отладчик непрерывно запускает код, пока не достигнет следующей точки останова. Поскольку вы устанавливаете точку останова в строке 3, которая находится внутри цикла for, отладчик останавливается на этой строке каждый раз, когда проходит цикл.

Нажмите Go в третий раз. Теперь i и j имеют значения 3 и 6. Как вы думаете, что произойдет, если вы нажмете Go еще раз? Поскольку цикл for повторяется только три раза, когда вы снова нажмете Go, программа завершит работу.

Снова и снова

Кнопка Over работает как комбинация Step и Go — перепрыгиваем через функцию или цикл. Другими словами, если вы не собираетесь по-операторно отслеживать и отлаживать функцию, то можете запустить код без необходимости заходить в неё. Кнопка Over переводит вас прямо к результату выполнения этой функции.

Точно так же, если вы уже находитесь внутри функции или цикла, кнопка Out выполняет оставшийся код внутри функции или тела цикла, а затем приостанавливает работу.

Далее вы увидите код с ошибками и узнаете, как исправить это с помощью IDLE.

Устранение некоторых ошибок

Теперь, когда вы освоились с использованием окна Debug Control, давайте взглянем на программу с ошибками.

Следующий код определяет функцию add_underscores(), которая принимает в качестве аргумента одно строковое объектное слово и возвращает новую строку, содержащую копию слова, в которой каждый символ окружен подчеркиванием. Например, add_underscores("python") должен вернуть _p_y_t_h_o_n_.

Вот код с ошибками:

def add_underscores(word):
    new_word = "_"
    for i in range(len(word)):
        new_word = word[i] + "_"
    return new_word

phrase = "hello"
print(add_underscores(phrase))

Введите этот код в окно редактора, затем сохраните файл и нажмите F5, чтобы запустить программу. Ожидаемый результат — _h_e_l_l_o_, но вместо этого все, что вы видите, — это o_ или буква «o», за которой следует одно подчеркивание.

Если вы уже понимаете, в чем проблема с кодом, не исправляйте ее. Наша цель — узнать, как использовать отладчик IDLE для определения проблемы.

Если вы не понимаете, в чем проблема, не волнуйтесь! К концу этого раздела вы найдете его и сможете идентифицировать похожие проблемы в другом коде, с которым вы столкнетесь.

Примечание. Отладка может быть сложной и занимать много времени, а ошибки могут быть незаметными, и их трудно выявить.

Хотя в этом разделе рассматривается относительно простая ошибка, метод, используемый для проверки кода и поиска ошибки, одинаков для более сложных проблем.

Отладка — это решение проблемы, и по мере того, как вы набираетесь опыта, вы будете разрабатывать свои собственные подходы. В этом разделе вы узнаете простой четырехшаговый метод, который поможет вам начать работу:

1. Угадайте, в каком разделе кода может содержаться ошибка.
2. Установите точку останова и проверьте код, переходя по одной строке за раз через секцию с ошибками, отслеживая важные переменные на этом пути.
3. Найдите строку кода, если таковая имеется, с ошибкой и внесите изменения, чтобы решить проблему.
4. При необходимости повторите шаги 1–3, пока код не заработает должным образом.

Делай 1. Угадайте, где находится ошибка

Первым шагом является определение участка кода, который, вероятно, содержит ошибку. Возможно, сначала вы не сможете точно определить, где находится ошибка, но обычно вы можете сделать разумное предположение о том, в каком разделе вашего кода есть ошибка.

Обратите внимание, что программа разделена на два отдельных раздела: определение функции (где определено add_underscores()) и основной блок кода, который определяет переменную фразу со значением hello, а затем выводит результат вызова add_underscores(phrase) .

Посмотрите на основной раздел кода:

phrase = "hello"
print(add_underscores(phrase))

Как вы думаете, здесь может быть проблема? Не похоже, правда? Все в этих двух строчках кода выглядит хорошо. Итак, проблема должна быть в определении функции:

def add_underscores(word):
    new_word = "_"
    for i in range(len(word)):
        new_word = word[i] + "_"
    return new_word

Первая строка кода внутри функции создает переменную new_word со значением "_". У вас все в порядке, поэтому вы можете сделать вывод, что проблема где-то в теле цикла for.

Делай 2. Установите точку останова и проверьте код

Теперь, когда вы определили, где должна быть ошибка, установите точку останова в начале цикла for, чтобы вы могли точно отслеживать, что происходит внутри кода, с помощью окна отладки:

Откройте окно отладки и запустите файл. Выполнение по-прежнему приостанавливается на самой первой строке, которую он видит, то есть в определении функции.

Нажмите Go, чтобы просмотреть код, пока не встретится точка останова. Окно отладки теперь будет выглядеть так:

На этом этапе выполнение кода приостанавливается непосредственно перед входом в цикл for в функции add_underscores(). Обратите внимание, что на панели Locals отображаются две локальные переменные, word и new_word. В настоящее время word имеет значение "hello", а new_word — значение "_", как и ожидалось.

Щелкните Step один раз, чтобы войти в цикл for. Окно отладки изменится и новая переменная i со значением 0 отображается на панели Locals:

i — это счетчик, используемый в цикле for, и вы можете использовать его, чтобы отслеживать, какую итерацию цикла for вы просматриваете в данный момент.

Еще раз нажмите Step. Если вы посмотрите на панель Locals, то увидите, что переменная new_word приняла значение h_:

Это неправильно. Первоначально new_word имело значение "_", а на второй итерации цикла for теперь оно должно иметь значение "_h_". Если вы нажмете Step еще несколько раз, вы увидите, что для new_word устанавливается значение "e_", затем "l_" и т.д.

Делай 3. Определите ошибку и попытайтесь ее исправить

Вывод, который вы можете сделать на этом этапе, заключается в том, что на каждой итерации цикла for new_word перезаписывается следующим символом в строке "hello" и завершающим символом подчеркивания. Поскольку внутри цикла for всего одна строка кода, вы знаете, что проблема должна быть в следующем коде:

new_word = word[i] + "_"

Посмотрите внимательно на строку. Она сообщает Python, что нужно получить следующий символ слова, прикрепить к нему подчеркивание и присвоить эту новую строку переменной new_word. Это именно то поведение, свидетелем которого вы стали, пройдя цикл for!

Для решения проблемы вам нужно указать Python объединить строковое слово [i] + "_" с существующим значением new_word. Нажмите Quit в окне Debug, но пока не закрывайте окно. Откройте окно редактора и измените строку внутри цикла for на следующую:

new_word = new_word + word[i] + "_"

Делай 4. Повторяйте шаги с 1 по 3, пока ошибка не исчезнет

Сохраните новые изменения в программе и снова запустите. В окне отладки нажмите Go, чтобы выполнить код до точки останова.

Примечание. Если вы закрыли отладчик на предыдущем шаге, не нажав кнопку Quit, при повторном открытии окна отладки вы можете увидеть следующую ошибку:

You can only toggle the debugger when idle

(Вы можете переключать отладчик только в режиме ожидания)

По завершении сеанса отладки всегда нажимайте кнопку Go или Quit, а не просто закрывайте отладчик, иначе у вас могут возникнуть проблемы с его повторным открытием.Чтобы избавиться от этой ошибки, вам придется закрыть и снова открыть IDLE.

Программа приостанавливается непосредственно перед входом в цикл for в add_underscores(). Несколько раз нажмите Step и посмотрите, что происходит с переменной new_word на каждой итерации. Успех! Все работает как положено!

Ваша первая попытка исправить ошибку сработала, поэтому вам больше не нужно повторять шаги 1–3. Так будет не всегда. Иногда, прежде чем исправлять ошибку, вам придется повторить этот процесс несколько раз.

Альтернативные способы поиска ошибок

Использование отладчика может быть сложным и трудоемким, но это самый надежный способ найти ошибки в вашем коде. Однако отладчики не всегда доступны. Системы с ограниченными ресурсами, такие как небольшие устройства Интернет вещей^એ, часто не имеют встроенных отладчиков.

В подобных ситуациях вы можете использовать отладку печатью, чтобы найти ошибки в вашем коде. Отладка печатью использует print() для отображения текста в консоли, который указывает, где выполняется программа и каково состояние переменных программы в определенных точках кода.

Например, вместо отладки предыдущей программы с помощью окна отладки вы можете добавить следующую строку в конец цикла for в add_underscores():

print(f"i = {i}; new_word = {new_word}")

В этом случае измененный код будет выглядеть так:

def add_underscores(word):
    new_word = "_"
    for i in range(len(word)):
        new_word = word[i] + "_"
        print(f"i = {i}; new_word = {new_word}")
    return new_word

phrase = "hello"
print(add_underscores(phrase))

Когда вы запускаете файл, интерактивное окно отображает следующий вывод:

i = 0; new_word = h_
i = 1; new_word = e_
i = 2; new_word = l_
i = 3; new_word = l_
i = 4; new_word = o_
o_

Здесь показано, какие значение имеет new_word на каждой итерации цикла for. Последняя строка, содержащая только один знак подчеркивания, является результатом выполнения print(add_underscore(phrase)) в конце программы.

Посмотрев на вышеприведенный вывод, вы можете прийти к тому же выводу, что и при отладке с помощью окна отладки. Проблема в том, что new_word перезаписывается на каждой итерации.

Отладка печатью работает, но имеет несколько недостатков по сравнению с отладкой с помощью отладчика. Во-первых, вы должны запускать всю свою программу каждый раз, когда хотите проверить значения ваших переменных. Это может быть огромной тратой времени по сравнению с использованием точек останова. Вы также должны не забыть удалить эти вызовы функции print() из вашего кода, когда закончите отладку!

Пример цикла в этом разделе может быть хорошим примером для иллюстрации процесса отладки, но это не лучший пример кода Pythonic. Использование индекса i свидетельствует о том, что может быть лучший способ написать цикл. Один из способов улучшить этот цикл — напрямую перебирать символы в слове. Вот один из способов сделать это:

def add_underscores(word):
    new_word = "_"
    for letter in word:
        new_word = new_word + letter + "_"
    return new_word

Процесс переписывания существующего кода, чтобы он был более чистым, более легким для чтения и понимания или в большей степени соответствовал стандартам, установленным командой, называется рефакторинг^એ. Мы не будем обсуждать рефакторинг^એ в этом уроке, но это важная часть написания кода профессионального качества.

Заключение: отладка Python с помощью IDLE

Вот так то! Теперь вы знаете все об отладке с помощью окна Debug IDLE. Вы можете использовать базовые принципы, которые вы использовали здесь, с рядом различных инструментов отладки. Теперь у вас есть все необходимое, чтобы начать отладку кода Python.

В этом уроке вы узнали:

• Как использовать окно управления отладкой IDLE для проверки значений переменных.
• Как вставить точки останова, чтобы лучше понять, как работает ваш код.
• Как использовать кнопки Step, Go, Over и Out для построчного отслеживания ошибок.

Вы также получили некоторую практику отладки неисправной функции, используя процесс из четырёх шагов выявления и удаления ошибок:

1. Угадай, где находится ошибка.
2. Установите точку останова и проверьте код. Определите ошибку и попытайтесь ее исправить.
3. Повторяйте шаги с 1 по 3, пока ошибка не будет исправлена.
4. Отладка — это не только наука, но и искусство.

Единственный способ овладеть отладкой — это много практиковаться с ней! Один из способов попрактиковаться — открыть окно Debug Control и использовать его для пошагового выполнения кода, работая над упражнениями и задачами, которые вы найдете в наших Практикумах.

Find & Fix Code Bugs in Python: Debug With IDLE