Отладка в IDLE; найдите и исправьте ошибки Python‑кода

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.

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!

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:

Окно отладки будет выглядеть так:

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

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.

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:

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

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.

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:

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.

Вот код с ошибками:

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:

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.

Посмотрите на основной раздел кода:

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:

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.

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:

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

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

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() :

В этом случае измененный код будет выглядеть так:

Когда вы запускаете файл, интерактивное окно отображает следующий вывод:

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:

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:

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

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.

Обработка частых ошибок и исключений в Python. Интерпретация значений и ошибок

Процесс обработки исключений и ошибок в Python позволяет значительно увеличить устойчивость программного кода к отказам, из-за которых рабочий процесс программы может быть полностью остановлен. Чтобы понять, как правильно должен осуществляться процесс обработки погрешностей, необходимо рассмотреть наиболее распространенные ситуации.

Какие есть синтаксические ошибки (SyntaxError)

Перед тем как рассматривать процесс обработки исключений и то, для чего он предназначен, важно разобраться с тем, чем ошибки в Python отличаются от исключений. Основные отличия:

Если рассматривать официальную терминологию, иногда исключения в программном коде могут приравниваться к классу SyntaxError. Однако при подробном изучении документации Python все синтаксические погрешности относятся к группе ошибок, но не исключений.

При работе с различными языками программирования, пользователи очень часто сталкиваются с ошибками. При этом все они разные. Некоторые приводят к полной остановке работы, другие доступны для исправления при последующей настройке кода, следующие могут остаться незамеченными до тех пор, пока работа будет практически полностью законченной. Отдельной группой выделяются ошибки, возникающие в определенных ситуациях. Если брать во внимание все ошибки Python, их можно разделить на 3 группы:

К группе синтаксических ошибок относятся все погрешности, которые связаны с несоблюдением базовых правил написания языка программирования. Отслеживанием данных проблем занимается интерпретатор. После нахождения ошибки он сообщает об этом пользователю, указывает на участок кода с погрешностью.

На погрешность в программном коде интерпретатор указывает стрелкой вверх. Это значительно упрощает работу программиста, так как Python экономит его время на поиск погрешностей синтаксиса.

Недостаточно памяти (OutofMemoryError)

Подобные ошибки напрямую связаны с количеством оперативной памяти на компьютере. Погрешности “OutofMemoryError” входят в структуру данных “Heap”. Ошибки часто возникают, если к файлу добавлены крупные массивы программного кода, на обработку которых недостаточно памяти. Причины возникновения погрешностей “OutofMemoryError”:

Чтобы устранить данную ошибку, необходимо активировать функцию резервного исключения. Эта функция применяется в тех случаях, когда интерпретатор израсходовал всю доступную память, ему нужно прекратить выполнение текущей операции.

Сам Python в некоторых ситуациях может автоматически вызвать “OutofMemoryError”, за счет чего скрипт перехватывает сам себя, восстанавливает, решая ошибку.

Важно! Так как в Python применяется система управления памятью на базе языка C, после обработки исключений процессы восстанавливаются не всегда. Часто данное действие приводит к моментальному завершению рабочего процесса. По этой причине опытные программисты редко обрабатывают погрешности данной группы.

Ошибка рекурсии (RecursionError)

Данная погрешность возникает во время вызова функций, зависит от стека. Суть этой ошибки заключается в том, что стек имеет ограниченный размер, но внутри него выполняется множество методов. При этом один из них должен иметь бесконечную рекурсию.

Для воспроизведения данной погрешности, необходимо определить функцию “Recursion”. Она будет активировать себя в замкнутом цикле. За счет этого должна появиться ошибка с названием “StackOverflow”. Фрагмент кода как практический пример:

Ошибка отступа (IndentationError)

Изначально данную погрешность можно спутать с синтаксической. Однако она появляется только в тех случаях, когда при написании программного кода были неправильно оформлены отступы. Практический пример:

Какие бывают исключения

Исключения в Python называются те ошибки, которые не являются критическими для всего рабочего файла, но возникают при исполнении программного кода. В тех ситуациях, когда встроенный скрипт не может обработать исключение, рабочий процесс программы подлежит принудительной остановке. Отдельное внимание нужно уделить иерархии исключений. Все они берут свое начало от BaseException. По иерархии, все исключения разделяются на две группы:

Системные исключения обрабатываются только в крайнем случае, когда нужно получить определенный результат. При этом делать это должен программист со значительным опытом. Обыкновенные исключения нужно обрабатывать. Делать это самостоятельно может даже человек без значительного опыта в данной сфере. Типы системных исключений:

Без автоматического осуществления обработки будут возникать различные ошибки. Существует несколько наиболее популярных исключение, о которых необходимо поговорить подробнее.

Ошибка типа (TypeError)

Простой пример данной ошибки исключения будет приведен ниже:

Ошибка деления на ноль (ZeroDivisionError)

Еще одна популярная ошибка, возникающая в Python при выполнении арифметических вычислений:

Встроенные исключения

В Python присутствует 4 компонента для обработки исключений:

Схема встроенных исключений:

Классы встроенных исключений

Ошибка прерывания с клавиатуры (KeyboardInterrupt)

Погрешность с таким обозначением относится к группе встроенных. Данная ошибка активируется в том случае, если пользователь пытается остановить рабочий процесс программы определенными комбинациями клавиш – Ctrl+Z или же Ctrl+С (они прописываются через ядро Jupyter Notebook, еще один вариант – через командную строку). Обработка исключения KeyboardInterrupt осуществляется по следующему принципу:

Какие бывают стандартные ошибки (StandardError)

Чаще всего при работе в Python возникают базовые ошибки. Самые распространенные из них необходимо рассмотреть подробнее.

Арифметические ошибки (ArithmeticError)

К этой группе можно отнести несколько популярных погрешностей:

Данные ошибки отображаются при погрешностях в математических операциях.

Деление на ноль (ZeroDivisionError)

Данная ошибка возникает в том случае, если знаменатель или делитель равны нулю. Пример:

Переполнение (OverflowError)

Эта ошибка появляется, если конечный результат осуществляемого действия нарушает границы установленного заранее диапазона. Пример:

Ошибка утверждения (AssertionError)

Погрешность утверждения появляется в тех ситуациях, когда не верной оказывается инструкция утверждения. Как пример:

Ошибка атрибута (AttributeError)

Если определенного атрибута в программном коде не существует, а сама программа пытается на него сослаться, появится данная ошибка. Пример:

Ошибка импорта (ModuleNotFoundError)

Если программа пытается импортировать модуль, которого не существует по стандартному пути, появится ошибка “ModuleNotFound”. Пример:

Ошибка поиска (LookupError)

LockupError – считается основным классом для различных исключений. Данная ошибка выполняется в том случае, если ключи или индексы применяются для объединения или же последовательность для словаря или же перечисления является неверной (несуществующей). При этом может появиться две разновидности исключений – первая относится к индексу, вторая – к ключу.

Ошибка ключа

Иногда требуемых ключей может не оказаться в словаре. Если программа запрашивает к ним доступ, появится ошибка “KeyError”. Пример:

Ошибка индекса

Данная погрешность возникает, если программа отправляет запросы к индексу от рабочего списка, который находится за общим диапазоном данного списка или же его вообще нет. Из-за этого возникнет ошибка. Пример:

Ошибка памяти (MemoryError)

Данная погрешность уже описывалась выше. Она возникает в тех ситуациях, когда для совершения рабочих операций недостаточно памяти.

Ошибка имени (NameError)

Такая ошибка появляется в том случае, если программа не может найти local name или же global name. Пример:

Ошибка выполнения (Runtime Error)

Данная ошибка является базовой для “NotImplemented”. Пример:

Ошибка типа (TypeError)

Эта ошибка появляется в тех случаях, когда программа пытается совместить между собой несовместимые объекты или же операнды. Пример:

Ошибка значения (ValueError)

Когда на встроенную в программный код функцию или рабочую операцию приходит аргумент, который имеет корректный тип и одновременно с этим недопустимое значение, возникает ошибка “ValueError”. Пример:

Пользовательские исключения в Python

Python изначально имеет множество уже встроенных исключений, которые активируются в требуемых ситуациях. Однако, помимо тех исключений, которые уже есть в наличии, существует возможность запуска собственных. При этом они будут содержать сообщения для конкретных случаев.

Для того чтобы запустить пользовательское исключение, необходимо добавить в рабочий файл ключевое слово “raise”. Следующее действие – создание нового объекта, который имеет тип “Exception”.

Для создания пользовательского исключения необходимо сделать новый класс. При этом он должен быть унаследован от базового “Exception”. В появившемся конструкторе нужно прописать текст пользовательского исключения. Оно понадобится в тех случаях, когда пользователь начинает выполнять действия, не соответствующие программному алгоритму.

Какие есть недостатки обработки исключений в Python

Нельзя забывать о том, что у процесса применения исключений есть определенные недостатки. Один из них – замедление процесса работы программы, имеющей блоки “try-except”, при этом значительно увеличивается количество кода. Чтобы максимально эффективно применять возможность обработки исключений в Python, необходимо ограничить его применение, осуществлять его только в крайних случаях.

Варианты рабочего процесса программы – в нормальном режиме (без ошибок), при осуществлении процесса обработки и без него

Заключение

Если научиться пользоваться обработкой для различных исключений вовремя, можно остановить рабочий процесс программы, сделать код устойчивым к возникновению различных проблем. Дополнительно к этому процесс обработки исключений подготовит программный код к развертыванию.