Practical 14

ปฏิบัติการครั้งสุดท้ายสำหรับภาคเรียนนี้ เป็นการอธิบายประกแบการสาธิตเรื่อง error และการทำ program tracing

ตอนที่ 1: ความผิดพลาดในโปรแกรม
----------------------------
ความผิดพลาดในโปรแกรมมี 3 แบบคือ
1. Syntax error เป็นความผิดพลาดที่เกิดจากการใช้คำสั่งที่ไม่ถูกต้องตามรูปแบบของไวยากรณ์ ความผิดพลาดเช่นนี้ตัวแปลภาษา ตรวจสอบและแสดงคำเตือน เช่น วงเล็บไม่ครบคู่ เครื่องหมายคำพูดไม่ครบคู่ หรือรูปแบบคำสั่งไม่ถูกต้องตามไวยากรณ์ ความผิดพลาดแบบนี้ตัวแปลภาษาที่เป็น compiler จะแสดงความผิดพลาดระหว่างการคอมไพล์ เรียกว่า compile time error ส่วนภาษาที่เป็น interpreter จะทำงานไปจนกว่าจะพบบรรทัดคำสั่งที่ผิดพลาด 
 
2. Run-time error เป็นความผิดพลาดที่เกิดขึ้นในระหว่างการทำงาน เช่น การหารด้วยศูนย์ (Division by zero), การอ้างอิงถึงหน่วยความจำที่อยู่นอกขอบเขตที่ได้รับอนุญาต (Segment violation หรือ Segmentation fault) 

3. Logical error ความผิดพลาดที่เกิดจากแนวคิดผิด โปรแกรมทำงานได้โดยไม้เกิด error ใด แต่ผลลัพธ์ที่ได้จากการทำงานของโปรแกรมไม่ถูกต้อง อันเป็นผลจากแนวคิดของโปรแกรม หรือตรรกะของโปรแกรมผิด เป็นความผิดพบาดที่หาที่ผิดได้ยาก 

 
ตอนที่ 2: Program tracing
-----------------------
Tracing เป็นการติดตามการทำงานของโปรแกรมทีละคำสั่ง เพื่อดูการเปลี่ยนแปลงค่าของตัวแปร การติดตามการทำงานทำได้โดยใช้กระดาษดินสอติดตามการทำงาน หรือใช้โปรแกรม debugger ติดตามการทำงาน การติดตามการทำงานโดยใช้กระดาษดินสอเป็นวิธีที่ดีสำหรับผุ้เริ่มต้นเขียนโปรแกรมในอันที่จะช่วยให้เข้าใจได้อย่างขัดเจนว่าคำสั่วแต่ละคำสั่งทำงานอย่างไร

วิธีการอย่างง่ายคือเขียนชื่อตัวแปรทุกตัวที่สนใจ และเขียนค่าของตัวแปรนั้นกำกับไว้ด้วย ทุกครั้งที่ค่าของตัวแปรนั้นเปลี่ยนไป ให้ขีดค่าเดิมออกและเขียนค่าใหม่แทน การทำเช่นนี้จะช่วยให้เข้าใจได้ว่าค่าของตัวแปรเปลี่ยนไปอย่างไร และมีผลอย่างไรต่อการทำงานของโปรแกรม


โปรแกรมสำหรับสาธิตการทำ Program tracing

$ cat -n avg1.sh                                                                            
     1  #!/bin/bash
     2  a=0
     3  i=1
     4
     5  echo "Enter data: "
     6  read x
     7
     8  while [ $x != "-1" ]; do
     9       a=$(echo "$a + ($x - $a) / $i" | bc -l)
    10       i=$(($i + 1))
    11       read x
    12  done
    13
    14  echo "Output = $a"


วิธีการที่ดีอีกอย่างหนึ่งคือการแทรกคำสั่งพิมพ์ค่าของตัวแปร และค่าของนิพจน์ระหว่างการคำนวณ เพื่อเปรียบเทียบกับการติดตามการทำงานด้วยกระดาษดินสอ หากผลลัพธ์ที่ได้ไม่ตรงกัน แสดงว่าผู้ติดตามการทำงานเข้าใจผิด คอมพิวเตอร์เป็นฝ่ายถูก ซึ่งถือเป้นโอกาสอันดีที่จะได้ทำความเข้าใจเรื่องราวนั้นใหม่ ให้ชัดเจน เช่นการเพิ่มคำสั่ง echo สำหรับแสดงผลในโปรแกรมที่ผ่านมา

$ cat -n avg2.sh
     1  #!/bin/bash
     2  a=0
     3  i=1
     4
     5  echo "Enter data: "
     6  read x
     7
     8  while [ $x != "-1" ]; do
     9
    10       echo "a = $a, i = $i, x = $x"
    11       echo "$a + ($x - $a) / $i"
    12       echo
    13
    14       a=$(echo "$a + ($x - $a) / $i" | bc -l)
    15       i=$(($i + 1))
    16       
    17       read x
    18  done
    19
    20  echo "Output = $a" $a

เมื่อให้โปรแกรมทำงาน ปรากฏผลเช่น

Enter data:
...
10.6
a = 10.50000000000000000000, i = 2, x = 10.6
10.50000000000000000000 + (10.6 - 10.50000000000000000000) / 2
...
Output = 10.60000000000000000000

จะเห็นว่าการแสดงผลสายอักขระของจำนวนจริงที่เก็บในตัวแปรมีความละเอียดมาก ซึ่งบางครั้งทำให้อ่านทำความเข้าใจได้ยาก จึงควรปรับปรุงการแสดงผล เพื่อให้เห็นผลลัพธ์ที่ชัดเจน โดยใช้คำสั่ง printf 

คำสั่ง printf - ในปัจจุบันมีทั้งคำสั่งของ Unix คือ /usr/bin/printf และเป็นคำสั่งภายในของ bash

     printf - จัดรูปแบบและแสดงผลข้อมูล (format and print data)
     รูปแบบการใช้งาน: printf  รูปแบบ  อาร์กิวเมนต์

"รูปแบบ" เป็นไปตามรูปแบบที่ใช้ในฟังก์ขัน printf() ของภาษา C

ตัวอย่างการทำงานและความหมาย
-------------------------
     $ A=12.345678
     $ printf  "A = %f\n"  $A			# %f - แสดงผลเป็นจำนวนจริงชนิด float
     A = 12.345678
     $ printf  "A = %7.2f\n"  $A		#%7.2f - แสดงผลเป็นจำนวนจริงชนิด float ใช้เนื้อที่การพิมพ์
     A =   12.35				# 7 ตำแหน่ง ตัวเหน้าลข 4 หลัก จุด 1 ตัว ตัวเลขหลังจุด 2 หลัก
     $ printf  "A = %s\n"  $A			# %s - แสดงเป็นสายอักขระ
     A = 12.345678
     $ printf  "A = %d\n"  $A			# %d - แสดงเป็นจำนวนเต็ม
     -bash: printf: 12.345678: invalid number	# เตือนว่ารูปแบบและข้อมูลไม่ตรงกัน
     A = 12				# คำเตือน ไม่ใช้ ความผิดพลาด จึงทำงานและแสดงผล


เปลี่ยนแทนคำสั่งบรรทัดที่ 10 และ 11 เป็นคำสั่ง printf ดังนี้

    10       printf "a = %5.2f, i = %d, x = %5.2f\n" $a $i $x
    11       printf "%5.2f + (%5.2f - %5.2f) / %d\n\n" $a $x $a $i 

ทดลองให้โปรแกรมทำงาน ผลลที่ได้เป็นอย่างไร 
การติดตามการทำงานด้วยกระดาษดินสอ กับการให้โปรแกรมแสดงค่าตัวแปรได้ผลตรงกันไหม การแสดงผลเพียงพอหรือไม่? หากไม่เพียงพอ ควรเพิ่มเติมที่จุดใด

การติดตามการทำงานของโปรแกรม จุดมุ่งหมายมีสองประการคือ
     1. ทำความเข้าใจการทำงานของ source code - โดยเฉพาะผู้ที่คิดจะทำงานกับ open source
     2. หาจุดที่ผิดในโปรแกรม การฝึกหัดทำ program tracing เป็นพื้นฐานที่สำคัญในการใช้งาน symbolic debugger
         สำหรับหาที่ผิดในโปรแกรมขนาดใหญ่  


ปฏิบัติการ: จงติดตามการทำงานของ shell script ต่อไปนี้ โดยใช้กระดาษดินสอ เมื่อกำหนดให้ เรียกใช้งานด้วย trace.sh 5 

$ cat -n  trace.sh                                                                            
     1  #!/bin/bash
     2
     3  a=2
     4  r=3
     5  rr=1
     6  k=0
     7
     8  while [ $k -lt $1 ]; do
     9       rr=$(($r * $rr))
    10       echo $(($a * $rr))
    11       k=$(($k + 1))
    12  done

เมือได้ผลลัพธ์แล้ว ลองใช้คำสั่ง echo เพื่อพิมพ์ค่าของตัวแปร เปรียบเทียบกับการทำด้วยกระดาษดินสอ ผลลัพธ์ตรงกันหรือไม่? เข้าใขการทำงานของโปรแกรมชัดเจนขึ้นหรือไม่

คำแนะนำ
------
เมื่อทำงานใน loop ไปแล้วหนึ่งรอบ และต้องการหยุดเพื่อดูค่าตัวแปร และกดแป้น <Enter> เมื่อต้องการทำงานต่อไป ทำได้โดยการแทรกคำสั่งต่อไปนี้ลงในตำแหน่งที่ต้องการของ loop
 
     echo -n "press enter to continue: "
     read key

ตัวแปร key เป็นเพียงตัวแปรใดๆ มีไว้เพื่อให้ถูกต้องตามไวยากรณ์ของคำสั่ง read เท่านั้น เมื่อผู้ใช้กดแป้น <Enter> ระบบจะกำหนดค่าสายอักขระว่างให้ตัวแปร key และทำงานต่อไป ค่าของตัวแปร key ไม่ได้รำไปใช้งานแต่อย่างใด 


:::โปรแกรมเพิ่มเติมสำหรับหัดทำ Program tracing:::

1. โปรแกรม fcmp.sh
------------------
     $ cat fcmp.sh
     if [ $# -ne 2 ]; then
          echo "Usage: $0 filename1 filename2"
          echo "For eg.$0 abc.txt xyz.txt"
          exit 1
     fi

     if [ ! -e $1 ]; then
          echo -e " $1 does not exist!\n"
          exit 1
     fi

     if [ ! -e $2 ]; then
          echo -e " $2 does not exist!\n"
          exit 1
     fi

     if cmp $1 $2 ; then
          echo "Both files content are same."
          rm -f $2
          if [ $? -eq 0 ]; then
               echo -e "File $2 deleted successfully.\n"
          else
               echo -e "Error deleting file $2. Please check whether " \
                           "it is a regular file or not.\n"
          fi
     else
          echo -e "Files $1 and $2 are different.\n"
     fi

1. จงอ่าน source code ของโปรแกรม item3 และติดตามการทำงานด้วยตนเอง (program tracing)
    โปรแกรมนี้ใช้ทำอะไร -- ทำงานได้อย่างไร?
2. การทดสอบแฟ้มว่ามีอยู่หรือไม่ เพราะเหตุใดจึงใช้ option -e แทนที่จะเป็น -f อธิบายได้หรือไม่?
3. คำสั่ง cmp ใช้ทำอะไร? exit status ของคำสั่ง cmp จะเป็น 0 (ซึ่งทำให้เงื่อนไขของ if เป็นจริง) เมื่อใด? 
4. โปรแกรมนี้มี "ข้อด้อย" อย่างไร?


2. โปรกรม comb.sh 
-----------------
    $ cat comb.sh
     clear
     for i in 1 2 3
     do
          for j in 1 2 3
          do
               for k in 1 2 3
               do
                    echo "$i $j $k"
               done
          done
     done
 
1. โปรแกรมต่อไปนี้ใช้สำหรับทำอะไร? 
2. จงอธิบายการทำงานของโปรแกรม