ما المقصود بتصحيح الأخطاء؟

عادة ما تتضمن عملية تصحيح الأخطاء ست خطوات:

- إعادة إنتاج الظروف
- العثور على الخطأ
- تحديد السبب الأساسي
- إصلاح الخطأ
- اختبار التحقق من صحة الإصلاح
- توثيق العملية

الخطوة 1: إعادة إنتاج الظروف
 

تتطلب عملية تصحيح الأخطاء تحديدًا دقيقًا؛ حيث لا يمكن للمهندسين الاعتماد على وصف ثانوي للمشكلة لتشخيصها بدقة. ومن ثَمَّ، فإن الخطوة الأولى في عملية تصحيح الأخطاء هي تكرار الظروف التي تسببت في ظهور الخطأ. تسمح إعادة إنتاج الخطأ للمبرمجين والمهندسين بمراقبة الخطأ مباشرةً وجمع البيانات السياقية لبقية عملية التصحيح.

الخطوة 2: العثور على الخطأ
 

تتمثل الخطوة التالية في تحديد مصدر الخطأ بأكبر قدر ممكن من الدقة من خلال التدقيق في الرمز وتقييم أي سجلات متاحة. خلال هذه الخطوة، عادة ما يعتمد المطورون على أدوات تصحيح الأخطاء التي تسهّل البحث في أجزاء كبيرة من الرمز بدلاً من العمل يدويًا.

الخطوة 3: تحديد السبب الأساسي
 

يحدد المطورون أسباب الخطأ من خلال فحص منطق وتدفق الرمز وكيفية تفاعل المكونات المختلفة له في ظروف محددة يحدث فيها الخطأ.

الخطوة 4: إصلاح الخطأ
 

عادة ما تتضمن هذه الخطوة استكشاف الأخطاء وإصلاحها ومراجعة الرمز لتصحيح المشكلة وإعادة تجميع البرنامج وإعادة تشغيله للتأكد من إصلاح الخطأ. قد تنطوي هذه المراجعات على عدة تكرارات؛ حيث يمكن أن تفشل المحاولات الأولى أو قد تُدخل أخطاءً جديدة عن غير قصد. 

يستخدم معظم المطورين نظام التحكم في الإصدار لتعقب التغييرات، بحيث يمكنهم بسهولة التراجع عن أي تعديلات لا تحل المشكلة أو تخلق مشكلات جديدة. 

الخطوة 5: اختبار التحقق من الإصلاح
 

تتضمن الاختبارات التي يتم إجراؤها بعد إصلاح الخطأ ما يلي:

• اختبارات الوحدة، التي تختبر مقطع التعليمات البرمجية الفردية التي تم تغييرها لإصلاح الخطأ
• اختبارات التكامل، التي تختبر الوحدة بأكملها التي تحتوي على الخطأ الذي تم إصلاحه
  
• اختبارات النظام، التي تختبر النظام بأكمله الذي تعمل فيه الوحدة المتغيرة
  
• اختبارات الانحدار، التي تتأكد من أن التعليمات البرمجية التي تم إصلاحها لا تؤثر في أداء التطبيق، أي أن التطبيق لم يتراجع بسبب إصلاح الخطأ.
  

الخطوة 6: توثيق العملية
 

كخطوة أخيرة، يسجّل المطورون تفاصيل عملية الإصلاح، بما في ذلك سبب الخطأ وكيفية إصلاحه وأي معلومات أخرى ذات صلة. يُعد التوثيق أداة قيّمة يستخدمها المبرمجون للاستفادة منها عند حدوث أخطاء مماثلة في المستقبل.

إن فهم أنواع الأخطاء التي يواجهها النظام يمكِّن مهندسي البرمجيات والمطورين من العثور على الطريقة المناسبة لإصلاح التعليمات البرمجية المعطلة عند حدوث خطأ. تتضمن أمثلة الأخطاء الشائعة التي تتطلب تصحيح الأخطاء ما يلي:

الأخطاء الدلالية
 

يتسبب أي جزء من التعليمات البرمجية ينتهك قواعد لغة الترميز في حدوث خطأ دلالي. على عكس الخطأ المنطقي، الذي تنتج عنه مخرجات غير صحيحة، فإن الخطأ الدلالي لن تنتج عنه مخرجات ذات معنى.

أخطاء بناء الجملة
 

يحدث هذا الخطأ عندما يغفل المطور عن عنصر من التعليمات البرمجية مثل قوس أو فاصلة أو أي خطأ مطبعي آخر. على عكس اللغات البشرية المكتوبة حيث لا يزال من الممكن فهم الجملة التي تحتوي على خطأ مطبعي، تتسبب الأجزاء المفقودة من التعليمات البرمجية على الفور في حدوث أخطاء.

الأخطاء المنطقية
 

يتضمن هذا النوع من الأخطاء بناء جملة صحيحًا من الناحية الفنية، لكن يحتوي على توجيهات غير صحيحة تؤدي إلى مخرجات غير مرغوب فيها. ونظرًا إلى أن بناء الجملة صحيح، فقد يكون من الصعب الكشف عن هذه الأخطاء. وتحدث كذلك عندما لا يتعطل النظام على الفور ويمكن أن يستغرق العثور على الموقع الدقيق للتعليمات البرمجية غير الصحيحة وقتًا طويلاً.

أخطاء وقت التشغيل
 

تحدث هذه الأخطاء عند تشغيل التطبيق أو بدء تشغيله. عادة ما يمكن إصلاح أخطاء وقت التشغيل عن طريق تحديث أحد التطبيقات أو إعادة تشغيله أو إعادة تثبيته. في أحيان أخرى يمكن أن تكون إشارة إلى برنامج يتطلب المزيد من الذاكرة أو إلى نوع آخر من الأخطاء مثل الخطأ المنطقي.

يمكن أن تكون عملية تصحيح الخطأ صعبة وتتطلب جهدًا مكثفًا. ويمكن أن يؤدي فهم الأساليب المختلفة لعملية تصحيح الخطأ إلى جعل إدارة المهمة أكثر فعالية.

التعقب الخلفي
 

في هذا النهج، يعمل المطورون بشكل عكسي من نقطة اكتشاف الخطأ للعثور على أصل الخطأ. على وجه التحديد، يقومون بتتبع الخطوات التي اتخذها البرنامج مع مصدر الرمز الإشكالي لمعرفة أين ساءت الأمور. يمكن أن يكون التعقب الخلفي فعالاً عند استخدامه جنبًا إلى جنب مع مصحح الأخطاء.  

القضاء على السبب
 

تتطلب تقنية تصحيح الأخطاء القائمة على الفرضيات من الفريق التكهن بأسباب الخطأ واختبار كل احتمال بشكل مستقل. يعمل هذا النهج بشكل أفضل عندما يكون الفريق على دراية بالرمز والظروف المحيطة بالخطأ.

فرِّق تسد
 

عند تصحيح أخطاء الرموز الأساسية الكبيرة، يمكن للفِرق تقسيم أسطر الرمز إلى شرائح – وظائف أو وحدات نمطية أو طرق فئة أو أقسام منطقية أخرى قابلة للاختبار – واختبار كل منها على حدة لتحديد موقع الخطأ. عندما يتم تحديد جزء المشكلة، يمكن تقسيمه أكثر واختباره حتى يتم تحديد مصدر الخطأ.

تصحيح أخطاء الطباعة والسجل
 

تتضمن إستراتيجية تصحيح أخطاء الطباعة والسجل إضافة عبارات طباعة أو "سجلات" إلى الرمز لعرض قيم المتغيرات ومجموعات الاستدعاء وسير التنفيذ والمعلومات الأخرى ذات الصلة. هذا النهج مفيد بشكل خاص لتصحيح أخطاء الأنظمة المتزامنة أو الموزعة؛ حيث يمكن أن يؤثر ترتيب التنفيذ في سلوك البرنامج.

تصحيح أخطاء البطة المطاطية
 

في هذا النهج، يقوم المطورون بـ "شرح أو التحدث عن" الرمز، بشكل مفصّل، لأي كائن جامد. والفكرة هي أنه من خلال محاولة شرح الرمز بصوت عالٍ، يمكن للمطورين فهم منطقه بشكل أفضل (أو إدراك عدم وجوده) وتحديد الأخطاء بسهولة أكبر.

التصحيح المؤتمت للخطأ
 

يعتمد التصحيح المؤتمت للخطأ على التحليلات والذكاء الاصطناعي وخوارزميات التعلم الآلي من أجل أتمتة خطوة واحدة أو أكثر من عملية تصحيح الخطأ. يمكن لأدوات تصحيح الأخطاء المدعومة بالذكاء الاصطناعي البحث في مجموعات كبيرة من الرموز بسرعة أكبر لتحديد الأخطاء أو تضييق نطاق أقسام الرموز التي يمكن بعد ذلك أن يفحصها المطور بشكل أكثر شمولاً.

ويمكن للأنظمة المؤتمتة نسخ سطور الرموز وأتمتة الاختبارات للتحقق من عمل النظام على النحو المنشود. تؤدي الأتمتة دورًا كبيرًا في كل من التكامل المستمر (CI) والتسليم المستمر (CD)، وهما نهجان يسرعان اختبار الرموز الجديدة ونشرها.

تصحيح أخطاء القوة الغاشمة
 

عادة ما يتم نشرها عند فشل الطرق الأخرى، يتضمن تصحيح أخطاء القوة الغاشمة المرور عبر الرمز الأساسي بأكمله، بشكل مفصّل لتحديد مصدر المشكلة. يمكن أن يكون هذا النهج الذي يستغرق وقتًا طويلاً مفيدًا أيضًا لتصحيح أخطاء البرامج الصغيرة عندما لا يكون المهندس أو المبرمج الذي يقوم بالتصحيح على دراية بالرمز الأساسي.

مصححات الأخطاء هي أدوات متقدمة وواجهات برمجة تطبيقات تعمل على تحسين تطوير البرمجيات من خلال تحديد أخطاء الترميز في نظام التشغيل أو عملية تطوير التطبيق. تمثل مصححات الأخطاء نشاطًا تجاريًا ضخمًا ومتزايدًا. مع التوسع المستمر في تطبيقات وبرامج الكمبيوتر والأجهزة المحمولة، فليس من المستغرب أن ينمو سوق مصححات الأخطاء العالمي بشكل كبير بحلول نهاية العقد¹ .

تستثمر الشركات الملايين في تطوير أدوات تصحيح الأخطاء المتطورة (مثل روبوتات المحادثة المدعومة بالذكاء الاصطناعي التي يمكنها تصحيح أخطاء الرموز)² ويقوم باحثو الجامعات بإنشاء أدوات يمكنها تصحيح أخطاء ألعاب الفيديو بشكل مستقل³ وتصحيح لغات البرمجة الخاصة بالمجال⁴.

قد تتنوع الأدوات والتقنيات بشكل كبير في قدراتها، لكن، في الأساس، تقدم جميعها واجهات سطر الأوامر التي تساعد المؤسسات على العثور على مشكلات الأخطاء وإصلاحها. يقدم معظمها أيضًا ميزات تصحيح الأخطاء عن بُعد والبرامج التعليمية التي تجعل البرنامج أكثر سهولة للمبتدئين.

تتضمن أمثلة أدوات تصحيح الأخطاء ما يلي:

بيئات التطوير المتكاملة (IDE)
 

تقدم بيئات التطوير المتكاملة إلى مبرمجي الكمبيوتر ميزات شاملة لتطوير البرامج. وتأتي العديد من تلك البيئات مثل Visual Studio وEclipse وPyCharm مع "وضع تصحيح الأخطاء". تمكِّن أدوات تصحيح الأخطاء المدمجة هذه المطورين من تشغيل الرمز سطرًا بسطر (تصحيح الأخطاء خطوة بخطوة)، وإيقاف تنفيذ البرنامج عند نقاط محددة (نقاط توقف) وفحص حالة المتغيرات والذاكرة في أي وقت، من بين قدرات أخرى. 

وتتوفر بيئات التطوير المتكاملة أيضًا على شكل مكونات إضافية ذات مصدر مفتوح متوافقة مع مجموعة من لغات البرمجة مثل Java وPython وJavaScript وTypeScript ولغات البرمجة النصية مثل PHP.

مصححات الأخطاء المستقلة
 

توفر مصححات الأخطاء المستقلة مثل GNU Debugger (GDB) ميزات تصحيح أخطاء متقدمة بما في ذلك نقاط التوقف الشرطية ونقاط المراقبة. وتسهل كذلك عملية تصحيح الأخطاء العكسية، أي عندما يقوم المبرمجون بتشغيل برنامج ما بشكل عكسي. وهي تميل إلى أن تكون أكثر قوة وتنوعًا من مصححات الأخطاء المدمجة في بيئات التطوير المتكاملة أو أدوات المطور، ولكنها أيضًا تتمتع بمنحنى تعليمي أكثر صرامة للمستخدمين وتتطلب خبرة تقنية أكبر. 

أدوات التسجيل المساعدة
 

توفر هذه الأدوات طرقًا لتسجيل حالة البرنامج في نقاط مختلفة في الرمز. يمكن بعد ذلك تحليل السجلات للعثور على حالات شاذة أو أنماط إشكالية. يُعد التسجيل مفيدًا لمشكلات الأخطاء التي تحدث في بيئات الإنتاج، حيث قد لا يكون تصحيح الأخطاء التفاعلي ممكنًا. 

محللات الرموز الثابتة
 

تقوم أدوات تحليل الرموز الثابتة بتحليل الرموز من دون تشغيلها، بحثًا عن الأخطاء المحتملة وإصلاح الأخطاء والانحرافات من معايير الترميز. فبدلاً من التركيز على بناء الجملة (كما تفعل أدوات الترجمة والمحولات البرمجية)، تقوم هذه الأدوات بتحليل دلالات مصدر الرمز، ما يساعد المطورين على الكشف عن الأخطاء البرمجية الشائعة وفرض أساليب ترميز متسقة. 

أدوات التحليل الديناميكي
 

على عكس محللات الرموز الثابتة بشكل أساسي، تراقب أدوات التحليل الديناميكي البرمجيات في أثناء تشغيلها للكشف عن مشكلات مثل تسرب الموارد أو مشكلات التزامن. تساعد هذه الأداة فِرق التطوير على اكتشاف الأخطاء التي قد يفوتها التحليل الثابت، مثل تسرب الذاكرة أو تجاوزات سعة المخزن المؤقت.

ملفات تعريف الأداء
 

تمكن ملفات تعريف الأداء المطورين من تحديد أوجه قصور الأداء في رموزهم. يمكن لهذه الأنظمة قياس استخدام وحدة المعالجة المركزية واستخدام الذاكرة وعمليات الإدخال والإخراج، ما يساعد على تحديد العمليات البطيئة وغير الفعالة.

يُعد الاختبار وتصحيح الأخطاء عمليتين مكملتين لتطوير الرموز الجديدة. وعلى الرغم من اختلاف نتائجها، فإن كلاً منهما يُستخدم لإنتاج رمز خالٍ من الأخطاء.

يتيح الاختبار لمطوري البرمجيات فهم ما يحدث للنظام عند حدوث أخطاء. تساعد هذه الاختبارات المطورين على معرفة متى فشل النظام والآثار التي قد يحدثها الفشل في جزء من البرنامج. يتيح الاختبار المؤتمت للمطورين إجراء اختبارات مستمرة على الرموز الجديدة لاكتساب معارف حول سيناريوهات مختلفة. الاختبار جزء أساسي من تطوير البرمجيات، لكنه لا يفسر سبب حدوث الخطأ.

إن إستراتيجيات تصحيح الأخطاء وأدواته هي ما يستخدمه المطورون للعثور على السبب الأساسي للأخطاء وإصلاحها وتوثيقها لمنع تكرارها. وعند استخدامهما معًا، يساعد تصحيح الأخطاء والاختبار الفِرق على بناء نهج مبسط لتطوير الرموز وإنشاء منتجات برمجيات أفضل.