Was ist Debugging?

Debugging ist der Prozess, mit dem man Fehler im Quellcode oder in einer Software findet und behebt. Wenn Software nicht wie erwartet funktioniert, untersuchen Computerprogrammierer den Code, um festzustellen, warum Fehler aufgetreten sind. Sie verwenden Debugging-Tools, um die Software in einer kontrollierten Umgebung auszuführen, den Code Schritt für Schritt zu überprüfen und das Problem zu analysieren und zu beheben.

Woher stammt der Begriff Debugging?

Der Begriff Debugging geht auf Admiral Grace Hopper zurück, die in den 1940er Jahren an der Harvard University arbeitete. Als einer ihrer Kollegen eine Motte fand, die den Betrieb eines der Computer der Universität behinderte, sagte sie ihnen, dass sie das System „debuggen“ mussten (Engl. „bug“ = „Käfer“). Computerprogrammierer verwendeten die Begriffe „Bugs“ und „Debugging“ erstmals in den 1950er Jahren. In den frühen 1960er Jahren galt der Begriff Debugging in der Programmiererwelt bereits als allgemein akzeptiert.

Warum ist Debugging wichtig?

Unregelmäßigkeiten und Fehler passieren bei der Computerprogrammierung, weil es sich um eine abstrakte und konzeptionelle Tätigkeit handelt. Computer manipulieren Daten in Form von elektronischen Signalen. Programmiersprachen abstrahieren diese Informationen, damit Menschen effizienter mit Computern interagieren können. Jede Art von Software verfügt über mehrere Abstraktionsebenen, wobei verschiedene Komponenten miteinander kommunizieren, damit eine Anwendung richtig funktioniert. Wenn Fehler auftreten, kann es schwierig sein, das Problem zu finden und zu beheben. Debugging-Tools und -Strategien helfen dabei, Probleme schneller zu beheben und die Produktivität der Entwickler zu verbessern. Dadurch verbessern sich sowohl die Softwarequalität als auch das Endbenutzererlebnis.

Wie funktioniert der Debugging-Prozess?

Der Debugging-Prozess erfordert in der Regel die folgenden Schritte.

Fehleridentifikation

Entwickler, Tester und Endbenutzer melden Fehler, die sie beim Testen oder Verwenden der Software entdecken. Die Entwickler finden die genaue Code-Zeile oder das Code-Modul, das den Fehler verursacht. Dies kann ein mühsamer und zeitaufwändiger Prozess sein.

Fehleranalyse

Codierer analysieren den Fehler, indem sie alle Änderungen des Programmstatus und Datenwerte erfassen. Sie ordnen die Fehlerbehebung auch nach ihrer Auswirkung auf die Softwarefunktionalität ein. Das Software-Team legt auch einen Zeitplan für die Fehlerbehebung fest, der von den Entwicklungszielen und -anforderungen abhängt.

Behebung und Validierung

Entwickler beheben den Fehler und führen Tests durch, um sicherzustellen, dass die Software weiterhin wie erwartet funktioniert. Sie werden möglicherweise neue Tests schreiben, um zu prüfen, ob der Fehler in Zukunft wieder auftritt.

Debugging versus Testen

Debugging und Testen sind komplementäre Prozesse, die sicherstellen, dass Softwareprogramme so ausgeführt werden, wie sie sollen. Nach dem Schreiben eines kompletten Abschnitts oder Teils eines Codes führen Programmierer Tests durch, um Fehler und Unregelmäßigkeiten zu identifizieren. Sobald Fehler gefunden wurden, können Programmierer mit dem Debugging-Prozess beginnen und daran arbeiten, die Software von Fehlern zu befreien.

Welche Codierungsfehler erfordern Debugging?

Softwarefehler entstehen durch die Komplexität, die mit der Softwareentwicklung einhergeht. Kleinere Produktionsfehler werden auch beobachtet, nachdem die Software in Betrieb ist, weil die Kunden sie auf unerwartete Weise verwenden. Im Folgenden finden Sie einige gängige Fehlerarten, die häufig einen Debugging-Prozess erfordern.

Syntaxfehler

Ein Syntaxfehler ist ein Fehler, der auftritt, wenn ein Computerprogramm eine falsch eingegebene Anweisung enthält. Dies entspricht einem Tipp- oder Rechtschreibfehler in der Textverarbeitung. Das Programm wird nicht kompiliert oder ausgeführt, wenn Syntaxfehler vorhanden sind. Die Code-Bearbeitungssoftware hebt diesen Fehler normalerweise hervor.

Semantische Fehler

Semantische Fehler treten aufgrund der unsachgemäßen Verwendung von Programmieranweisungen auf. Wenn Sie zum Beispiel den Ausdruck x/(2 π) in Python übersetzen, könnten Sie schreiben:

y = x / 2 * math.pi

Diese Aussage ist jedoch nicht korrekt, da Multiplikation und Division in Python den gleichen Vorrang haben und von links nach rechts ausgewertet werden. Daher wird dieser Ausdruck als (xπ)/2 berechnet, was zu Fehlern führt.

Logikfehler

Logikfehler entstehen, wenn Programmierer den schrittweisen Prozess oder Algorithmus eines Computerprogramms falsch darstellen. Der Code könnte zum Beispiel den Loop zu früh verlassen oder ein falsches Wenn-Dann-Ergebnis haben. Sie können Logikfehler erkennen, indem Sie den Code für verschiedene Ein- und Ausgabeszenarien durchlaufen.

Laufzeitfehler

Laufzeitfehler passieren wegen der Computerumgebung, in der der Softwarecode ausgeführt wird. Beispiele hierfür sind unzureichender Speicherplatz oder Stack-Overflow. Sie können Laufzeitfehler beheben, indem Sie Anweisungen in Try-Catch-Blöcken einschließen oder die Ausnahme mit einer entsprechenden Meldung protokollieren.

Welche allgemeinen Debugging-Strategien gibt es?

Es gibt mehrere Strategien, die Programmierer verwenden, um Fehler zu minimieren und den Zeitaufwand für das Debuggen zu verringern.

Inkrementelle Programmentwicklung

Bei der inkrementellen Entwicklung werden Programme in überschaubaren Abschnitten entwickelt, sodass kleine Teile des Codes häufig getestet werden. Auf diese Weise können die Programmierer alle gefundenen Fehler identifizieren. Es ermöglicht ihnen auch, an einem Fehler auf einmal zu arbeiten, anstatt an mehreren Fehlern, nachdem sie große Codeabschnitte geschrieben haben.

Rückverfolgung

Rückverfolgung ist eine beliebte Debugging-Methode, insbesondere für kleinere Programme. Entwickler arbeiten rückwärts von dem Ort, an dem ein schwerwiegender Fehler aufgetreten ist, um den genauen Punkt des Auftretens im Code zu identifizieren. Leider wird dieser Prozess mit zunehmender Anzahl von Codezeilen immer schwieriger zu bewerkstelligen.

Remote-Debugging

Unter Remote-Debugging versteht man das Debuggen einer Anwendung, die in einer anderen Umgebung als Ihrem lokalen Rechner ausgeführt wird. Beispielsweise können Sie remote installierte Debugging-Tools verwenden, um den Fehler zu beheben.

Protokollierung

Die meisten Computerprogramme zeichnen interne Daten und andere wichtige Informationen wie Laufzeit und Betriebssystemstatus in Protokolldateien auf. Entwickler untersuchen Protokolldateien, um Fehler zu finden und zu beheben. Sie verwenden auch Tools wie Log Analyzer, um die Verarbeitung von Protokolldateien zu automatisieren.

Cloud-Debugging

Das Debuggen komplexer Cloud-Anwendungen ist eine Herausforderung, da die Entwickler die Cloud-Architekturen auf lokalen Rechnern nachbilden müssen. Im Laufe der Zeit können Konfigurationsunterschiede zwischen der Cloud-Umgebung und der emulierten Umgebung auftreten. Dies führt zu mehr Fehlern in der Produktion und längeren Entwicklungsphasen. Für ein effizienteres Cloud-Debugging sind spezielle Tools erforderlich.

Wie hilft AWS beim Debuggen?

AWS unterstützt Codierungs- und Debugging-Bemühungen auf unterschiedliche Weise.

Plug-ins für gängige IDEs

Entwickler verwenden eine integrierte Entwicklungsumgebung (IDE), um Code zu schreiben. AWS verfügt über mehrere Plug-ins, die mit IDEs kompatibel sind und Ihren Debugging-Prozess unterstützen. Beispielsweise ist AWS Toolkit für Eclipse ein Open-Source-Plug-in für die Eclipse-Java-IDE, das Entwicklern das Erstellen, Debuggen und Bereitstellen von Java-Anwendungen mit Amazon Web Services erleichtert. In ähnlicher Weise bietet AWS auch Debugging-Unterstützung für andere Sprachen durch Plug-ins, die sich in andere beliebte IDEs integrieren lassen, wie z. B.:

PyCharm für Python
IntelliJ IDEA für Java und Python
Rider für .Net
WebStorm für JavaScript

Diese Plug-ins unterstützen Cloud-Debugging, sodass Entwickler Cloud-Anwendungen debuggen können, indem sie direkt auf Code zugreifen, der in der Cloud ausgeführt wird.

AWS X-Ray

AWS X-Ray ist ein Debugging-Tool, das Entwickler verwenden, um Anwendungen in der Entwicklung und Produktion zu analysieren. Es deckt alles ab, von einfachen dreischichtigen Anwendungen bis hin zu komplexen Microservices-Anwendungen, die aus Tausenden von Services bestehen.

Mit X-Ray können Sie:

Verstehen, wie Ihre Anwendung und die zugrunde liegenden Services funktionieren
Die Ursache von Leistungsproblemen und Fehlern erkennen und beheben
Eine End-to-End-Ansicht von Anforderungen analysieren, während diese Ihre Anwendung durchlaufen

Beginnen Sie mit AWS X-Ray, indem Sie noch heute ein kostenloses AWS-Konto erstellen.

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