Programme debuggen

Programmieren ist eine komplexe Angelegenheit. Nur die wenigsten schaffen es mehr als 10 Zeilen fehlerfrei zu schreiben. Erst recht nicht als Anfänger. Häufig meiste Zeit bei Programmentwicklung für Fehlersuche (=debuggen) und Korrektur.

Hilfreich Fehler zu klassifizieren:

Compiler– oder Syntax–Fehler: Der Compiler kann ein Programm nur übersetzen wenn die Syntax des Programms korrekt ist, d.h. den C++ Regeln entspricht. Beispielsweise nicht deklarierte Variablen ( cannot resolve symbol ... variable ...), fehlende Klammern, und vieles andere. Besonders für Anfänger häufigste Fehlerquelle und ziemlich lästig wegen kryptischer Fehlermeldungen des Compilers, dennoch einfachste Art von Fehler.
Ebenfalls zu dieser Kategorie zählen Fehler beim Linken oder Anlauf–Fehler beim Start wegen fehlender Bibliotheken.
Hier eine Liste gängiger Syntaxfehler mit näherer Beschreibung.
Laufzeit–Fehler treten beim Ausführen des Programms auf (= run-time errors), z.B. Division durch Null, File existiert nicht, Speicherüberlauf, Zugriff auf nicht-existierende Array Elemente, etc. Oft führen sie zum Abbruch des Programms, aber gerade bei C++ häufig nicht an der Stelle, an der der eigentliche Fehler passiert, sondern erst viel später nach einer komplexen Sequenz von Folgefehlern. Nur manchmal offensichtlich, oft schwer und mühsam zu finden. Diszipliniertes Programmieren, z.B. Verwendung von Exceptions wichtig.
Semantik–Fehler Programm kompiliert und läuft, tut aber nicht das was es soll. Mal einfach, kann aber auch Menschenleben oder Milliarden kosten (Ariane-5 Absturz, Patriot-Crash, ..., siehe Collection of Software Bugs bzw. List of Software Bugs).

The First "Computer Bug"

Moth found trapped between points at Relay # 70, Panel F, of the Mark II Aiken Relay Calculator while it was being tested at Harvard University, 9 September 1945. The operators affixed the moth to the computer log, with the entry: "First actual case of bug being found". They put out the word that they had "debugged" the machine, thus introducing the term "debugging a computer program". In 1988, the log, with the moth still taped by the entry, was in the Naval Surface Warfare Center Computer Museum at Dahlgren, Virginia.

Apple goto-fail bug

Aktuelles (2014) Beispiel für sicherheitsrelevanten Bug in Apple IOS 7 (C-Programmcode).

// ...
hashOut.data = hashes + SSL_MD5_DIGEST_LEN;
hashOut.length = SSL_SHA1_DIGEST_LEN;
if ((err = SSLFreeBuffer(&hashCtx)) != 0)
    goto fail;
if ((err = ReadyHash(&SSLHashSHA1, &hashCtx)) != 0)
    goto fail;
if ((err = SSLHashSHA1.update(&hashCtx, &clientRandom)) != 0)
    goto fail;
if ((err = SSLHashSHA1.update(&hashCtx, &serverRandom)) != 0)
    goto fail;
if ((err = SSLHashSHA1.update(&hashCtx, &signedParams)) != 0)
    goto fail;
    goto fail; 
if ((err = SSLHashSHA1.final(&hashCtx, &hashOut)) != 0)
    goto fail;

err = sslRawVerify(...);
//...

Entscheidender Check ( sslRawVerify()) wird u.U. nicht ausgeführt, ermöglicht Angriffe auf verschlüsselte (TLS/SSL) Verbindungen.

Meiste Zeit bei Programmentwicklung i.d.R. für (Laufzeit-/Semantik-) Fehlersuche.
Standardverfahren sind printf, cout statements an den kritischen Stellen
$\bgroup\color{green}$\Rightarrow$\egroup$ umständlich, zeitraubend

Viel eleganter mit debugger

Programm läuft unter Kontrolle des Debuggers
Zeile für Zeile dem Source-code nach
oder breakpoints an den kritischen Stellen setzen und direkt dahin laufen.
Inhalt von Variablen kann jederzeit angezeigt werden.
Dazu: kompilieren mit –g option: g++ -g -o fahr fahr.cpp
Bewirkt dass zusätzliche Info in den kompilierten code geschrieben wird.
debugger starten:
Entweder alte Kommandozeilen-version gdb fahr
Schöner die GUI Version: ddd fahr

Oder gleich mit integrierter Entwicklungsumgebung (IDE): Eclipse
Gibt es für C++, JAVA, Python, u.a., unter Linux, Windows, MacOS, ...

Image EclipseScrShot

Eclipse am CIP

Erst Umgebung aufsetzen:
module load eclipse/2019-09
Dann starten auf Kommandozeile:
eclipseCPP
Auswählen: File $\bgroup\color{green}\ensuremath{\Rightarrow}\egroup$ New $\bgroup\color{green}\ensuremath{\Rightarrow}\egroup$ C++ Project
Projektname eintragen ( keine Leerzeichen!), z.B. Executable $\bgroup\color{green}\ensuremath{\Rightarrow}\egroup$ Hello World C++ Project auswählen $\bgroup\color{green}\ensuremath{\Rightarrow}\egroup$ Next/Finish
Project Explorer $\bgroup\color{green}\ensuremath{\Rightarrow}\egroup$ src $\bgroup\color{green}\ensuremath{\Rightarrow}\egroup$ XXX.cpp anklicken $\bgroup\color{green}\ensuremath{\Rightarrow}\egroup$ öffnet Editor
Run $\bgroup\color{green}\ensuremath{\Rightarrow}\egroup$ Run as ...
Run $\bgroup\color{green}\ensuremath{\Rightarrow}\egroup$ Debug as ...

Auch andere IDEs: kdevelop auf Linux, VisualStudio auf Windows, ...

IDEs gedacht für größere Entwicklungsprojekte, daher meist etwas sperrig in der Handhabung:
erfordert Projektdefinition, Konfiguration Build-System