计算机科学和Python编程导论(六) 测试与调试

基本概念

测试指通过运行程序以确定它是否按照预期工作。

调试则指修复已知的未按预期工作的程序。

测试和调试的关键就是将程序分解成独立的部件，可以在不受其他部件影响的情况下实现、测试和调试。

关于测试，最重要的是清楚它的目的是证明错误的存在，而不是证明程序没有错误。

测试的关键就是找到极有可能产生错误答案的一组输入，可以称之为测试套件

找到测试套件的关键是，对所有可能的输入空间进行分区，将其划分为对程序正确性提供相同信息的多个子集，然后构建测试套件，使其包含来自每个分区的至少一个输入。

如果使用来自每个子集的至少一个值对函数实现进行测试，就非常有可能暴露可能存在的错误。

基于代码探索路径的启发式方法称为白盒测试。

基于规范探索路径的启发式方法称为黑盒测试。

如果一个白盒测试套件可以测试程序中所有潜在路径，那我们就可以认为它是路径完备的。一般来说，路径完备不可能达成，因为这取决于程序中循环的次数和递归的深度。

白盒测试提供的一些经验准则：

 测试所有if语句的所有分支。
 必须测试每个except子句。
 对于每个for循环，需要以下测试用例：

1. 未进入循环（例如，如果使用循环遍历列表中的所有元素，则必须测试空列表）；
2. 循环体只被执行一次；
3. 循环体被执行多于一次；

 对于每个while循环：

1. 包括上面for循环中的所有用例；
2. 还要包括对应于所有跳出循环的方式的测试用例。例如，对于以while len(L) > 0 and
   not L[i] == e开始的循环，测试用例应该包括因为len(L)不大于0和因为L[i] == e
   而跳出循环的情况。

 对于递归函数，测试用例应该包括函数没有递归调用就返回、只执行一次递归调用和执
行多次递归调用的情况。

测试一般分为两个阶段。第一个阶段称为单元测试，第二个阶段称为集成测试。

第一个阶段称为单元测试。在这个阶段中，测试者构建并执行测试，
用来确定代码的每个独立单元（例如，函数）是否正常工作

第二个阶段称为集成测试，用来确
定整个程序能否按预期运行。

在工业界，测试过程通常是高度自动化的。测试者不会坐在终端前面手动输入用例并检查输出。他们会使用测试驱动程序

显性错误有明显的表现，如程序崩溃或运行时间异常长（可能永不停止）

隐性错误没有明显的表现，程序会正常结束，不出任何问题——除了给出一个错误答案

持续性错误在程序每次使用相同的输入运行时都会发生

间歇性错误仅在某些时候出现，即使程序使用相同输入并在相同条件下运行

优秀的程序员编写程序时，会尽量使程序错误是显性的和持续性的，这种编程方式通常称为防御性编程

多数程序员认为最重要的调试工具是print语句

如果将调试看作一个搜索过程，那么每次实验就要尽力缩减搜索空间。

缩减搜索空间的一种方法是，设计一个实验，确定代码的一个具体区域是否是造成某个问题的原因。另外一种缩减搜索空间的方法是，减少导致错误出现所需的测试数据量。

系统地缩减搜索空间,最好的方法是执行二分查找。先找出代码中间点，然后设计一个实验，确定是否因为中间点前面存在问题才导致程序出现这种症状

调试遇到困难时，我们该怎么做呢？

 排除常见错误。例如，看看你是否犯了以下错误：

1. 以错误的顺序向函数传递实参；
2. 拼错一个名称，如将大写字母写成小写；
3. 变量重新初始化失败；
4. 检验两个浮点数是否相等（==），而不是近似相等（请记住，浮点数的运算与学校里学
   的运算不一样）；
5. 在应该检验对象相等（如id(L1) == id(L2)）的时候，检验值相等（例如，使用表达式 L1 == L2比较两个列表）；
6. 忘记了一些内置函数具有副作用；
7. 忘记使用()将对function类型对象的引用转换为函数调用；
8. 意外地创建了一个别名；
9. 其他一些你常犯的错误。

 不要问自己为什么程序没有按照你的想法去做，而要问自己程序为什么像现在这样做。后者应该更容易回答，要想弄清楚如何修复程序，这可能是一个很好的开始。
 记住，错误可能不在你认为会出错的地方。如果在那里，你早就应该发现它了。确定错误位置的一种实用方法是，看看那些你认为不会出错的地方。
 试着向其他人解释程序的问题。每个人都会有盲点。经常有这样的情况，试图向别人解释问题的时候，你会突然发现自己忽略的地方。向其他人解释为什么程序中某个地方不会出现错误是个很好的选择。
 不要盲目相信任何书面上的东西。特别是，不要相信文档。代码行为可能与注释不一样。
 暂停调试，开始编写文档。这会帮助你从不同视角接近问题所在。
 出去散散步，明天接着做。这可能意味着与你坚持工作相比，修复问题的时间要晚一些，但花费的总时间会大大减少。也就是说，我们使用时间上的一点延迟换取了效率上的大幅提升。（同学们，开始习题集中的编程练习吧，宁早勿晚，这是个绝好的理由！）

我们的目标不是修复一个错误，而是快速有效地得到一个没有错误的程序。你应该扪心自问，这个错误能够解释所有观测到的症状，还是只是冰山一角。如果是后者，最好将对这个错误的处理与其他修改结合考虑。