软件调试方法

3.5.2　软件调试方法

调试的关键在于推断程序内部的错误位置及原因。从是否跟踪和执行程序的角度，类似于软件测试，软件调试可以分为静态调试和动态调试。软件测试中讨论的静态分析方法同样适用静态调试。静态调试主要指通过人的思维来分析源程序代码和排错，是主要的调试手段，而动态调试是辅助静态调试的。可以采用以下的调试方法：

1．强行排错法

作为传统的调试方法，其过程可概括为：设置断点、程序暂停、观察程序状态、继续运行程序。这是目前使用较多、效率较低的调试方法。涉及的调试技术主要是设置断点和监视表达式。例如：

①通过内存全部打印来排错。

②在程序特定部位设置打印语句——即断点法。输出存储器内容，就是在程序执行到某一行的时候，计算机自动停止运行，并保留这时各变量的状态，方便检查、校对。

③自动调试工具。可供利用的典型的语言功能有打印出语句执行的追踪信息、追踪子程序调用，以及指定变量的变化情况。自动调试工具的功能是设置断点，当程序执行到某个特定的语句或某个特定的变量值改变时，程序暂停执行。程序员可在终端上观察程序此时的状态。

应用以上任何一种技术之前，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，再使用一种适当的排错方法来检验推测的正确性。

2．回溯法

该方法适合于小规模程序的排错。即先分析错误征兆，确定最先发现“症状”的位置。然后，从发现“症状”的地方开始，沿程序的控制流程，逆向跟踪源程序代码，直到找到错误根源或确定错误产生的范围。

回溯法对于小程序很有效，往往能把错误范围缩小到程序中的一小段代码，仔细分析这段代码不难确定出错的准确位置。但随着源代码行数的增加，潜在的回溯路径数目很多，回溯会变得很困难，而且实现这种回溯的开销也大。

3．原因排除法

原因排除法是通过演绎和归纳，以及二分法来实现的。

演绎法是一种从一般原理或前提出发，经过排除和精化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定出错的原因。

归纳法是一种从特殊推断出一般的系统化思考方法。其基本思想是从一些线索（错误征兆或与错误发生有关的数据）着手，通过分析寻找到潜在的原因，从而找出错误。

二分法实现的基本思想是：如果已知每个变量在程序中若干个关键点的正确值，则可以使用定值语句（如赋值语句、输入语句等）在任何程序中的某点附近给这些变量赋予正确值，然后运行程序并检查程序的输出。如果输出结果是正确的，则错误原因在程序的前半部分；反之，错误原因在程序的后半部分。对错误原因所在的部分重复使用这种方法，直到将出错范围缩小到容易诊断的程度为止。

上面的每一种方法都可以使用调试工具来辅助完成。例如，可以使用带调试功能的编译器、动态调试器、自动测试用例生成器以及交叉引用工具等。

需要注意的一个实际问题是，调试的成果是排错，为了修改程序中错误，往往会采用“补丁程序”来实现，而这种做法会引起整个程序质量的下降，但是从目前程序设计发展的状况看，对大规模的程序的修改和质量保证，又不失为一种可行的方法。

【典型例题】

（1）两个或两个以上的模块之间关联的紧密程度称为______。

A．耦合度　　B．内聚度　　C．复杂度　　D．数据传输特性

参考答案：A。

解析：耦合度是模块间互相连接的紧密程度的度量；内聚度是一个模块内部各个元素间彼此结合的紧密程度的度量。

（2）下列叙述中正确的是______。

A．软件测试应该由程序开发者来完成　　B．程序经调试后一般不需要再测试

C．软件维护只包括对程序代码的维护　　D．以上三种说法都不对

参考答案：D。

解析：程序调试的任务是诊断和改正程序中的错误。它与软件测试不同，软件测试是尽可能多地发现软件中的错误。先要发现软件的错误，然后借助于一定的调试工具去找出软件错误的具体位置。软件测试贯穿整个软件生命期，调试主要在开发阶段。为了达到更好的测试效果，应该由独立的第三方来构造测试。因为从心理学角度讲，程序人员或设计方在测试自己的程序时，要采取客观的态度是不同程度地存在障碍的。软件的运行和维护是指将已交付的软件投入运行，并在运行使用中不断地维护，根据新提出的需求进行必要而且可能的扩充和删改。

（3）在软件生命周期中，能准确地确定软件系统必须做什么和必须具备哪些功能的阶段是______。

A．概要设计　　B．详细设计　　C．可行性分析　　D．需求分析

参考答案：D。

解析：通常，将软件产品从提出、实现、使用维护到停止使用退役的过程称为软件生命周期。也就是说，软件产品从考虑其概念开始，到该软件产品不能使用为止的整个时期都属于软件生命周期。

软件生命周期的主要活动阶段为：

①可行性研究和计划制定。确定待开发软件系统的开发目标和总的要求，给出它的功能、性能、可靠性以及接口等方面的可能方案，制定完成开发任务的实施计划。

②需求分析。对待开发软件提出的需求进行分析并给出详细定义，即准确地确定软件系统的功能。编写软件规格说明书及初步的用户手册，提交评审。

③软件设计。系统设计人员和程序设计人员应该在反复理解软件需求的基础上，给出软件的结构、模块的划分、功能的分配以及处理流程。

④软件实现。把软件设计转换成计算机可以接受的程序代码。即完成源程序的编码，编写用户手册、操作手册等面向用户的文档，编写单元测试计划。

⑤软件测试。在设计测试用例的基础上，检验软件的各个组成部分，编写测试分析报告。

⑥运行和维护。将已交付的软件投入运行，并在运行使用中不断地维护，根据新提出的需求进行必要而且可能的扩充和删改。

（4）数据流图用于抽象描述一个软件的逻辑模型，数据流图由一些特定的图符构成。下列图符名标识的图符不属于数据流图合法图符的是______。

A．控制流　　B．加工　　C．数据存储　　D．源和潭

参考答案：A。

解析：数据流图从数据传递和加工的角度，刻画数据流从输入到输出的移动变换过程。数据流图中的主要图形元素有：加工（转换）、数据流、存储文件（数据源）、源和潭。

（5）软件需求分析阶段的工作，可以分为四个方面：需求获取、需求分析、编写需求规格说明书以及______。

A．阶段性报告　　B．需求评审　　C．总结　　D．都不正确

参考答案：B。

解析：软件的需求分析阶段的工作，可以概括为四个方面：需求获取、需求分析、编写需求规格说明书和需求评审。

需求获取的目的是确定对目标系统的各方面需求。涉及的主要任务是建立获取用户需求的方法框架，并支持和监控需求获取的过程。

需求分析是对获取的需求进行分析和综合，最终给出系统的解决方案和目标系统的逻辑模型。

编写需求规格说明书作为需求分析的阶段成果，可以为用户、分析人员和设计人员之间的交流提供方便，可以直接支持目标软件系统的确认，又可以作为控制软件开发进程的依据。

需求评审是对需求分析阶段的工作进行复审，验证需求文档的一致性、可行性、完整性和有效性。

（6）下面不属于软件工程的3个要素的是______。

A．工具　　B．过程　　C．方法　　D．环境

参考答案：D。

解析：软件工程包括3个要素，即方法、工具和过程。

（7）程序流程图（PFD）中的箭头代表的是______。

A．数据流　　B．控制流　　C．调用关系　　D．组成关系

参考答案：B。

解析：程序流程图（PFD）是一种传统的、应用广泛的软件过程设计表示工具，通常也称为程序框图，其箭头代表的是控制流。

（8）检查软件产品是否符合需求定义的过程称为______。

A．确认测试　　B．集成测试　　C．验证测试　　D．验收测试

参考答案：A。

解析：确认测试的任务是验证软件的功能和性能及其他特性是否满足了需求规格说明中确定的各种需求，以及软件配置是否完全、正确。

（9）下列工具中不属于需求分析常用工具的是______。

A．PAD　　B．PFD　　C．N-S图　　D．DFD

参考答案：D。

解析：常见的需求分析方法有：结构化分析方法和面向对象的分析方法。结构化分析的常用工具有：数据流图(DFD)、数据字典(DD)、判定树和判定表等。

（10）下面不属于软件设计原则的是______。

A．抽象　　B．模块化　　C．自底向上　　D．信息隐蔽

参考答案：C。

解析：在软件设计过程中，必须遵循软件工程的基本原则：这些原则包括抽象、信息隐蔽、模块化、局部化、确定性、一致性、完备性和可靠性。

（11）信息隐蔽的概念与下述哪一种概念直接相关______。

A．软件结构定义　　B．模块独立性　　C．模块类型划分　　D．模拟耦合度

参考答案：B。

解析：信息隐蔽是指在一个模块内包含的信息（过程或数据），对于不需要这些信息的其他模块来说是不能访问的。

模块独立性是指每个模块只完成系统要求的独立的子功能，并且与其他模块的联系最少且接口简单。衡量软件的模块独立性的度量标准是耦合性和内聚性。一个模块的内聚性越强，则该模块的模块独立性越强。而内聚性是信息隐蔽和局部化概念的自然扩展。

（12）面向对象的设计方法与传统的面向过程的方法有本质不同，它的基本原理是_____。

A．模拟现实世界中不同事物之间的联系

B．强调模拟现实世界中的算法而不强调概念

C．使用现实世界的概念抽象地思考问题从而自然地解决问题

D．鼓励开发者在软件开发的绝大部分中都用实际领域的概念去思考

参考答案：C。

解析：面向对象的设计方法与传统的面向过程的方法有本质不同，它的基本原理是，使用现实世界的概念抽象地思考问题从而自然地解决问题。它强调模拟现实世界中的概念而不强调算法，它鼓励开发者在软件开发的绝大部分中都用应用领域的概念去思考。

（13）软件调试的目的是______。

A．发现错误　　B．改正错误　　C．改善软件的性能　　D．挖掘软件的潜能

参考答案：B。

解析：由程序调试的概念可知：程序调试活动由两部分组成，其一是根据错误的迹象确定程序中错误的确切性质、原因和位置；其二，对程序进行修改，排除这个错误。所以程序调试的目的就是诊断和改正程序中的错误。

（14）下列不属于软件调试技术的是______。

A．强行排错法　　B．集成测试法　　C．回溯法　　D．原因排除法

参考答案：B。

解析：调试的关键在于推断程序内部的错误位置及原因。主要的调试方法有强行排错法、回溯法和原因排除法。

（15）下列叙述中，不属于软件需求规格说明书的作用是______。

A．便于用户、开发人员进行理解和交流

B．反映出用户问题的结构，可以作为软件开发工作的基础和依据

C．作为确认测试和验收的依据

D．便于开发人员进行需求分析

参考答案：D。

解析：软件需求规格说明书（SRS，Software Requirement Specification）是需求分析阶段的最后成果，是软件开发中的重要文档之一。它有以下几个方面的作用：①便于用户、开发人员进行理解和交流；②反映出用户问题的结构，可以作为软件开发工作的基础和依据；③作为确认测试和验收的依据。

（16）在数据流图（DFD）中，带有名字的箭头表示______。

A．控制程序的执行顺序　　B．模块之间的调用关系

C．数据的流向　　D．程序的组成成分

参考答案：C。

解析：数据流相当于一条管道，并有一级数据（信息）流经它。在数据流图中，用标有名字的箭头表示数据流。数据流可以从加工流向加工，也可以从加工流向文件或从文件流向加工，并且可以从外部实体流向系统或从系统流向外部实体。

（17）下列不属于结构化分析的常用工具的是______。

A．数据流图　　B．数据字典

C．判定树　　D．PAD图

参考答案：D。

解析：结构化分析的常用工具有数据流图、数据字典、判定树和判定表。而PAD图是常见的过程设计工具中的图形设计。

（18）软件开发的结构化生命周期方法将软件生命周期划分成______。

A．定义、开发、运行维护

B．设计阶段、编程阶段、测试阶段

C．总体设计、详细设计、编程调试

D．需求分析、功能定义、系统设计

参考答案：A。

解析：通常，将软件产品从提出、实现、使用维护到停止使用退役的过程称为软件生命周期。它可以分为软件定义、软件开发及软件运行维护三个阶段。

（19）在软件工程中，白盒测试法可用于测试程序的内部结构。此方法将程序看作是______。

A．循环的集合　　B．地址的集合

C．路径的集合　　D．目标的集合

参考答案：C。

解析：软件的白盒测试方法是把测试对象看作一个打开的盒子，它允许测试人员利用程序内部的逻辑结构及有关信息，设计或选择测试用例，对程序所有逻辑路径进行测试。

（20）为了避免流程图在描述程序逻辑时的灵活性，提出了用方框图来代替传统的程序流程图，通常也把这种图称为______。

A．PAD图　　B．N-S图

C．结构图　　D．数据流图

参考答案：B。

解析：常见的过程设计工具有：程序流程图、N-S图、PAD图和HIPO图。其中，为了避免流程图在描述程序逻辑时的灵活性，提出了用方框图来代替传统的程序流程图，通常也把这种图称为N-S图。

（21）软件的调试方法主要有：强行排错法、______和原因排除法。

参考答案：回溯法。

解析：

调试的关键在于推断程序内部的错误位置及原因。其主要的调试方法有：强行排错法、回溯法和原因排除法。

强行排错法：是传统的调试方法，其过程可概括为：设置断点、程序暂停、观察程序状态、继续运行程序。这是目前使用较多、效率较低的调试方法。

回溯法：该方法适合于小规模程序的排错。即一旦发现了错误，先分析错误征兆，确定最先发现“症状”的位置。然后，从发现“症状”的地方开始，沿程序的控制流程，逆向跟踪源程序代码，直到找到错误根源或确定错误产生的原因。

原因排除法：是通过演绎和归纳，以及二分法来实现的。

（22）软件的需求分析阶段的工作，可以概括为四个方面：______、需求分析、编写需求规格说明书和需求评审。

参考答案：需求获取。

解析：

软件的需求分析阶段的工作，可以概括为四个方面：需求获取、需求分析、编写需求规格说明书和需求评审。

需求获取的目的是确定对目标系统的各方面需求。涉及的主要任务是建立获取用户需求的方法框架，并支持和监控需求获取的过程。

需求分析是对获取的需求进行分析和综合，最终给出系统的解决方案和目标系统的逻辑模型。

编写需求规格说明书作为需求分析的阶段成果，可以为用户、分析人员和设计人员之间的交流提供方便，可以直接支持目标软件系统的确认，又可以作为控制软件开发进度的依据。

需求评审是对需求分析阶段的工作进行的复审，验证需求文档的一致性、可行性、完整性和有效性。

（23）软件工程研究的内容主要包括：______技术和软件工程管理。

参考答案：软件开发。

解析：

基于软件工程的目标，软件工程的理论和技术性研究的内容主要包括：软件开发技术和软件工程管理。

软件开发技术包括：软件开发方法学、开发过程、开发工具和软件工程环境，其主体内容是软件开发方法学。

软件工程管理包括：软件管理学、软件工程经济学、软件心理学等内容。

（24）数据流的类型有______和事务型。

参考答案：变换型。

解析：

典型的数据流类型有两种：变换型和事务型。

变换型：是指信息沿输入通路进入系统，同时由外部形式变换为内部形式，进入系统的信息通过变换中心，经加工处理以后再沿输出通路变换成外部形式离开软件系统。

事务型：在很多软件应用中，存在某种作业数据流，它可以引发一个或多个处理，这些处理能够完成该作业要求的功能，这种数据流就叫做事务。

（25）在面向对象方法中，信息隐蔽是通过对象的______性来实现的。

参考答案：封装。

解析：软件工程的基本原则包括抽象、信息隐蔽、模块化、局部化、确定性、一致性、完备性和可验证性。

信息隐蔽是指采用封装技术，将程序模块的实现细节隐藏起来，使模块接口尽量简单。

（26）软件维护活动包括以下几类：改正性维护、适应性维护、______维护和预防性维护。

参考答案：完善性。

解析：软件维护活动包括以下几类：改正性维护、适应性维护、完善性维护和预防性维护。改正性维护是指在软件交付使用后，为了识别和纠正软件错误、改正软件性能上的缺陷、排除实施中的误使用，应当进行的诊断和改正错误的过程；适应性维护是指为了使软件适应变化，而去修改软件的过程；完善性维护是指为了满足用户对软件提出的新功能与性能要求，需要修改或再开发软件，以扩充软件功能、增强软件性能、改进加工效率、提高软件的可维护性；预防性维护是为了提高软件的可维护性、可靠性等，为以后的进一步改进软件打下良好的基础。

（27）测试的目的是暴露错误，评价程序的可靠性；而______的目的是发现错误的位置并改正错误。

参考答案：调试。

解析：软件测试的目标是在精心控制的环境下执行程序，以发现程序中的错误，给出程序可靠性的鉴定；调试也称排错，它是一个与测试有联系又有区别的概念。具体来说，测试的目的是暴露错误，评价程序的可靠性，而调试的目的是发现错误的位置，并改正错误。