Отладка программы

На этапе отладки в соответствие с алгоритмом проверяется правильность функ­ционирования как отдельных фрагментов кода, так и программы в целом. Но даже успешное завершение отладки еще не является гарантией того, что программа будет работать правильно со всеми возможными исходными данными. Поэтому нуж­но обязательно провести тестирование программы, то есть проверить ее работу на «пограничных» и заведомо некорректных исходных данных. Для этого составляются тесты. Вполне возможно, что результаты тестирования не удовлетворят раз­работчика программы. В этом случае ему придется вносить поправки в код про­граммы, то есть возвращаться к первому шагу процесса разработки (см, рис, 6.1).

Специфика программ на ассемблере состоит в том, что они интенсивно работают с аппаратными ресурсами компьютера. Это обстоятельство заставляет программиста постоянно отслеживать содержимое определенных регистров и областей памяти. Естественно, что человеку трудно следить за этой информацией с большой степенью детализации. Поэтому для локализации логических ошибок в программах используют специальный тип программного обеспечения — программные отладчики.

Отладчики бывают двух типов:

- интегрированные отладчики, реализованные в виде интегрированной среды, напоминающие среду для языков высокого уровня (TurboPascal, Visual C++ и т. д.);

- автономные отладчики, представляющие собой отдельные программы.

Ни один из рассматриваемых нами ассемблеров (MASM, TASM) не имеет своей интегрированной среды, поэтому для отладки написанных на языке ассемблера программ используют либо автономные отладчики, либо отладчики некоторой среды программирования (например, Visual C++). С помощью автономного отладчика можно исследовать работу любой программы, для которой создан исполняемый модуль, независимо от того, на каком языке был написан его исходный текст. Для учебных целей ни один из этих подходов не приемлем, так как требует знаний, которыми начинающий программировать на ассемблере, скорее всего, еще не обладает.

ПРИМЕЧАНИЕ Почему в учебнике много программ для MS-DOS? Ведь времена массового использования этой операционной системы давно прошли. На сегодняшний день у ЭТОЙ ОС остался один, но очень важный аспект ее применения — методический. Опыт показывает, что при обучении любому языку программирования, в том числе ассемблеру, на первом месте должен быть сам язык, а не программные средства поддержки процесса программирования на нем. В этом контексте отметим два момента. Во-первых, начинающему изучать ассемблер легче объяснить принципы построении и работы ассемблерных программ в среде реального режима (MS-DOS), чем защищенного (Windows). По мере накопления практического опыта и теоретических знаний с целью их наращивания можно переходить к работе с более сложными приложениями, в том числе и для операционной системы Windows. Во-вторых, для большинства изучающих язык ассемблера его освоение является промежуточным этапом на пути к реализации некоторой большей задачи. Поэтому подавляющее большинство глав данного учебника посвящено рассмотрению различных групп команд ассемблера, для детального изучения которых вполне достаточно среды реального режима(MS-DOS).

Пакеты TASM и MASM имеют достаточно эффективные инструменты разработкн программ для среды MS-DOS, работу с которыми вполне по силам освоить даже начинающему программисту. Конечно, сейчас мало кто пишет программы для среды MS-DOS, поэтому работу с 16-разрядными инструментами пакетов TASM и MASM нужно рассматривать как часть методики обучения. Аналогичные суждения относятся и к средствам отладки. В этой книге для программ TASM реального режима будет использоваться 16-разрядный отладчик Turbo Debugger (TD), разработанный фирмой Borland International. Это наиболее удачный отлад­чик для ассемблерных программ реального режима. Принципиально важно, что работа с TD прививает навыки, которые наверняка окажутся полезными при работе с другими отладчиками, например с отладчиком cv.exe из пакета MASM.

Отладчик TD представляет собой оконную среду отладки программ на уровне исходного ассемблерного текста. Он позволяет решить две главные задачи:

- определить место логической ошибки;

- определить причину логической ошибки.

Перечислим некоторые возможности TD:

- трассировка программы в прямом направлении, то есть последовательное вы­полнение программы, при котором за один шаг выполняется одна машинная инструкция;

- трассировка программы в обратном направлении, то есть выполнение програм­мы по одной команде за один шаг, но в обратном направлении;

- просмотр и изменение состояния аппаратных ресурсов процессора во время трассировки.

Эти действия позволяют определить место и источник ошибки в программе. Нужно сразу оговориться, что TD не позволяет вносить исправления в исходный текст программы. Однако после определения причины ошибочкой ситуации мож­но, не завершая работу отладчика, внести исправления прямо в машинный код и снова запустить программу. Поскольку после завершения работы отладчика эти изменения не сохраняются, на практике подобное прямое внесение изменений в код не применяют. Изменения вносят в исходный текст программы, заново создают загрузочный модуль, который снова загружают в отладчик.

Правильная организация процесса получения исполняемого модуля, пригод­ного для отладки на уровне исходного текста, рассмотрена ранее. Далее перечис­лены ключевые моменты этого процесса.

В исходной программе обязательно должна быть определена метка для первой команды, с которой начнется выполнение программы. Такая метка может быть собственно меткой или, как видно из листинга 6.1, именем процедуры. Имя этой Метки обязательно должно быть указано в конце программы в качестве операн­да директивы END:

end имя_метки

В нашем случае эта метка является именем процедуры MAIN.

Исходный модуль должен быть оттранслирован с ключом /zi:

tasm /zi имя_исходного_модуля , . .

Ключ /zi разрешает транслятору сохранить связь символических имен в программе с их смещениями в сегменте кода, что позволяет отладчику выполнять отладку, используя оригинальные имена.

Редактирование модуля должно быть осуществлено с ключом /v:

Tlink /v имя_объектного_модуля

Ключ /vуказывает на необходимость сохранения отладочной информации и исполняемом файле.

Запуск отладчика удобнее производить из командной строки с указанием исполняемого модуля отлаживаемой программы:

td_имя_исполняемого_модуля

Кстати, сам файл отладчика td.exe логично также поместить в наш рабочий каталог ..\WORK. Изначально файлы отладчика находятся в каталоге ..\BIN пакета TASM. Если все же файл td.exe и файл исполняемого модуля при запуске будут находиться в разных каталогах, то в командной строке необходимо указать путь к этому модулю, например:

TD c:\tasm\work\имя_модуля.exe

При правильном выполнении перечисленных действии откроется окно отладчика TD под названием Module с исходным текстом программы prg_6_l.asm. Как он здесь оказался, ведь в командной строке для программы td.exe было указано только имя исполняемого модуля? Это как раз и есть результат действия ключей /zi и /v для tasm и tlink соответственно. Их применение позволило сохранить, информацию об использовавшихся в коде на ассемблере символических именах. Для полноты эксперимента можно попытаться получить исполняемый модуль без задания этих ключей и проанализировать результат.

return false">ссылка скрыта

Вернемся к окну Module (рис. 6.2). Внимание следует обратить на так называемый курсор выполнения (в виде треугольника). Он указывает на первую команду, подлежащую выполнению. Этой команде предшествует имя метки (в нашем случае роль метки выполняет имя процедуры). Это так называемая точка входа в программу. Если внимательно посмотреть на конец исходного текста программы, то видно, что это же имя записано в качестве операнда в заключительной директиве END. Это единственный способ сообщить загрузчику ОС о том, где в исходном тексте программы расположена точка входа в нее. В более сложных программах обычно вначале могут идти описания процедур, макрокоманд, и в этом случае без такого явного указания на первую исполняемую команду просто не обойтись.

 

Основную часть главного окна отладчика обычно занимают одно или несколь­ко дополнительных окон. В каждый момент времени активным может быть толь­ко одно из них. Активизация любого окна производится щелчком мышью в любой его видимой точке.

Управление работой отладчика ведется с помощью системы меню. Имеются

два тина таких меню:

- главное меню — находится в верхней части экрана и доступно постоянно (вызов меню осуществляется нажатием клавиши F10, после чего следует выбрать нуж­ный пункт меню);

- контекстное меню — для каждого окна отладчика можно вызвать его собствен­ное меню, которое учитывает особенности этого окна, щелкнув в окне правой кнопкой мыши (либо активизировав окно и нажав клавиши Alt+F10). Теперь можно проверить правильность функционирования нашей программы. Специфика программ на ассемблере состоит в том, что делать выводы о пра­вильности их функционирования можно, только отслеживая работу на уровне про­цессора. При этом нас будет интересовать прежде всего то, как программа исполь­зует процессор и изменяет состояние его ресурсов и компьютера в целом. Запустить программу в отладчике можно в одном из четырех режимов:

- безусловного выполнения;

- выполнения по шагам;

- выполнения до текущего положения курсора;

- выполнения с установкой точек прерывания.

 

Рассмотрим эти режимы подробнее.

Режим безусловного выполнения программы целесообразно применять, когда требуется посмотреть на общее поведение программы. Для запуска программы в этом режиме необходимо нажать клавишу F9. В точках, где необходимо ввести Данные, отладчик, в соответствии с логикой работы применяемого средства ввода, будет осуществлять определенные действия. Аналогичные действия отладчик вы­полнит при выводе данных. Для просмотра или ввода этой информации можно открыть окно пользователя (выбрав в меню команду Window►User screen или на-жав клавиши Alt+F5). Если программа работает правильно, то на этом отладку можно и закончить. В случае, если возникают какие-то проблемы или нужно более де­тально изучить работу программы, применяются три следующих режима отладки.

Режим выполнения программы до текущего положения курсора целесообразно использовать в том случае, если интерес представляет только правильность функ­ционирования некоторого участка программы. Для активизации этого режима необходимо установить курсор на нужную строку программы и нажать клавишу F4. Программа запустится и остановится на отмеченной команде, не выполнив ее. Далее при необходимости вы можете перейти в пошаговый режим.

В режиме выполнения программы с установкой точек прерывания программа после запуска будет останавливаться в строго определенных точках прерывания (breakpoints). Перед выполнением программы необходимо установить эти точки в программе, для чего следует перейти к нужной строке и нажать клавишу F2. Выбранные строки подсвечиваются. Установленные ранее точки прерывания можно убрать — для этого нужно повторно перейти к нужной строке и нажать клавиш F2. После установки точек прерывания программа запускается клавишей F9 (см. ранее режим безусловного выполнения). На первой точке прерывания программа остановится. После этого можно посмотреть состояние процессора и памяти, а затем продолжить выполнение программы. Сделать это можно в пошаговом режиме или до следующей точки прерывания.

Режим выполнения программы по шагам применяется для детального изучения ее работы. В этом режиме выполнение программы прерывается на каждой машинной (ассемблерной) команде. При этом становится возможным наблюдение за результатом исполнения команд. Для активизации этого режима нужно нажать клавишуF7 (Run ►Trace into) илиF8 (Run ►Step over). Обе эти клавиши активизируют пошаговый режим; различие их проявляется в том случае, когда в потоке команд встречаются команды перехода в процедуру или на прерывание. При нажатии клавиши F7 отладчик осуществит переход к процедуре или прерыванию и остановится. Если же нажимается клавиша F8, то вызов процедуры или прерывания отрабатывается как одна команда, и управление передается следующей команде программы. Здесь нужно отметить, что кроме окна Module при работе вэтом режиме полезно использовать окно CPU, вызвать которое можно через главное меню командой View►CPU.

Окно CPUотражает состояние процессора и состоит из пяти подчиненных окон.

- В окне с исходной программой в дизассемблированном виде представлена та же самая программа, что и в окне Module, но уже в машинных кодах. Пошаговую отладку можно производить прямо в этом окне; строка с текущей командой подсвечивается.

-В окне регистров процессора (Registers) отражается текущее содержимое регистров (по умолчанию — только регистров процессора i8086). Чтобы увидеть регистры i486 или Pentium, нужно задать режим их отображения. Для этого щелкните правой кнопкой мыши в области окна регистров и выберите в контекстном меню команду Registers 32-bit — Yes.

- В окне флагов (Flags) отражается текущее состояние флагов процессора в соответствии с их мнемоническими названиями.

- В окне стека (Stack) отражается содержимое памяти, выделенной для стека. Адрес области стека определяется содержимым регистров SS и SP.

- Окно дампа оперативной памяти (Dump) отражает содержимое области памяти по адресу, который формируется из компонентов, указанных в левой части окна. В окне можно увидеть содержимое произвольной области памяти. Для этого нужно в контекстном меню выбрать нужную команду.

Заметим, что окно CPU, посути, отражает видимую часть программной модели процессора. Некоторые из подчиненных окон окна CPU можно вывести на экран отдельно. Хотя удобнее работать с исходным текстом в окне Module, чем с его дизассемблированным вариантом в окне CPU, часто есть необходимость отслеживать состояние процессора с помощью подчиненных окон окна CPU. Совместить возможности окон Module и CPU можно, выбрав в меню View имена нужных подчиненных окон окна CPU.

Прервать выполнение программы в любом из режимов можно, нажав клавиши Ctrl+F2.