Hjælp! Der er brok med mit ML-program

Transkript

1 Hjælp! Der er brok med mit ML-program Hans Hüttel December 2001 Indhold 1 Formålet med denne note 1 2 Der er ere slags fejl Brugerfejl Syntaksfejl Typefejl Semantiske fejl Implementationsfejl Nogle gode råd Gør det lettere for dig selv Hvad du gør når du har fået en fejlmeddelelse Formålet med denne note Alle der skriver programmer kommer tit ud for at oversætteren/fortolkeren ikke bryder sig om den omhyggeligt udarbejdede programtekst den har fået serveret. Det kan være ufatteligt træls og uhyggeligt frustrerende at sidde og rette fejl. Man kan have lyst til at smadre computeren og bordet den står på og forbande den dag man begyndte at programmere. ML er ingen undtagelse fra denne regel. I denne note vil jeg dels klassicere de forskellige typer fejl og belyse dem med eksempler, dels prøve at give nogle tommelngerregler som kan hjælpe dig med at nde og rette fejl i et program så du måske kan komme lettere gennem den slags kriser. Nogle af kommentarerne er specikke for ML men de allereste kan bruges uanset hvilket sprog du senere giver dig til at programmere i. 1

2 2 Der er ere slags fejl Det første at gøre når du skal rette en fejl i dit program er at nde ud af hvilken kategori af fejl der er tale om. 1. Brugerfejl 2. Syntaksfejl 3. Typefejl 4. Semantiske fejl 5. Implementationsfejl Fejl af kategorierne 2 og 3 indebærer at den programtekst man har skrevet ikke kan udføres. Fejl af kategorierne 4 og 5 indebærer at der sker noget andet under programudførelsen end man havde regnet med. Fejl af kategorien 1 er mangfoldige som himlens stjerner der er jo mange slags brugere der kan lave fejl. I resten af dette afsnit vil jeg give eksempler på de fem kategorier fejl og fortælle hvordan man kan rette dem. 2.1 Brugerfejl Brugerfejl er egentlig ikke programmeringsfejl. Her er nogle eksempler: Du har glemt at gemme dit ML-program inden du forsøgte at oversætte det med mosmlc Du arbejder med en anden kopi af programmet end du tror den rigtige ligger i et andet katalog! Du har glemt at indlæse det bibliotek hvis funktioner du vil anvende. Man kan sikkert aldrig undgå brugerfejl helt men en fast rutine om brug af kataloger kan gøre underværker. 2.2 Syntaksfejl ML-systemet har en parser der undersøger om teksten er grammatisk korrekt. Hvis ikke teksten er korrekt, er der tale om en syntaksfejl. Du kan f.eks. have glemt et reserveret ord. Herunder er et eksempel (hvor vi antager at vi allerede har indlæst biblioteket Math): fun enhedsv (x,y) = let lgd = Math.sqrt(x*x+y*y) in (x/lgd,y/lgd); 2

3 [opening file "fejl1.sml"] File "fejl1.sml", line 2, characters 24-27:! fun enhedsv (x,y) = let lgd = sqrt(x*x+y*y) in! ^^^! Syntax error. - Vi havde glemt ordet val lad os prøve igen: fun enhedsv (x,y) = let val lgd = Math.sqrt(x*x+y*y) in (x/lgd,y/lgd); Nu får vi følgende at vide: [opening file "fejl1.sml"] File "fejl1.sml", line 4, characters 0-1:! <EOF>! ^^^^^! Syntax error. Så der er stadig en syntaksfejl! EOF betyder End of File; len sluttede før den burde. Hvis vi kigger igen kan vi da også se at vi harglemt end. Vi tilføjer det manglende ord og prøver igen: fun enhedsv (x,y) = let val lgd = Math.sqrt(x*x+y*y) in (x/lgd,y/lgd) end; og denne gang får vi da også [opening file "fejl1.sml"] > val enhedsv = fn : Real.real * Real.real -> Real.real * Real.real En anden typisk syntaksfejl er et manglende semikolon til sidst i en erklæring. 2.3 Typefejl Det påstås af og til at de allereste fejl som ML-programmører laver er typefejl. Til gengæld er det ofte sådan at et program virker efter hensigten når typefejlene er blevet luget ud. En vigtig ingrediens i Datalogi A er derfor at blive tryg ved MLs typesystem. ML-systemet har en typeudleder der prøver at udlede typerne på alle funktioner og værdier i et program. Herunder er et eksempel på en funktion med typefejl: 3

4 fun vend [] = [] vend x = [a] vend (x::l) = (vend l)@x; vend skal være en polymorf funktion der kan vende en vilkårlig liste. Vi ville forvente at vend havde typen 'a list -> 'a list Men nej! Moscow ML meddeler: [opening file "/tmp/sml14893xuq"] File "/tmp/sml14893xuq", line 4, characters 27-28:! vend (x::l) = (vend l)@x;! ^! Type clash: expression of type! 'a! cannot have type! 'a list list! because of circularity [closing file "/tmp/sml14893xuq"] MLs typeudledning ræsonnerer som følger: Anden klausul i denitionen tager et element og giver os en liste med dette element. Derfor har vend en listetype som resultattype. Tredie klausul tager en ikke-tom liste; så vend har også en listetype som argumenttype. Begge dele er nt. Men har type 'a list -> ('a list -> 'a list) og kræver derfor at x skal være en liste af samme type som l. Det kan ikke lade sig gøre! Vi kunne gøre x til en liste i tredie klausul og desuden rette i den anden klausul. fun vend [] = [] vend x = x vend (x::l) = (vend l)@[x]; Nu er Moscow ML bedre tilfreds: [opening file "/tmp/sml14893llr"] File "/tmp/sml14893llr", line 2-4, characters 4-62:!...vend [] = []! vend x = x! vend (x::l) = (vend l)@[x]. 4

5 ! Warning: some cases are unused in this match. > val vend = fn : 'a list -> 'a list [closing file "/tmp/sml14893llr"] men fortæller os nu at nogle af klausulerne kan undværes. Det må være den anden klausul der er overødig. Hvis vi fjerner den, får vi fun vend [] = [] vend (x::l) = (vend l)@[x]; Moscow ML siger da også nu [opening file "/tmp/sml14893yvx"] > val vend = fn : 'a list -> 'a list [closing file "/tmp/sml14893yvx"] 2.4 Semantiske fejl Et typisk problem i ML er at man har lavet en funktionsdenition hvor der ikke er bund i rekursionen. Her er et eksempel: fun gauss x = gauss (x-1) + x; Moscow ML brokker sig ikke. Men prøv at kalde gauss - gauss 5;! Uncaught exception:! Out_of_memory - Den manglende bund kan man nogle gange opdage allerede på oversættelsestidspunktet ved at ML-systemet skriver pattern matching is not exhaustive. Herunder er et eksempel: fun laengde (x::l) = laengde l + 1; Moscow ML svarer: [opening file "/tmp/sml14893-zm"] File "/tmp/sml14893-zm", line 1, characters 4-34:! fun laengde (x::l) = laengde l + 1;! ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^! Warning: pattern matching is not exhaustive > val laengde = fn : 'a list -> int [closing file "/tmp/sml14893-zm"] 5

6 2.5 Implementationsfejl Man har lavet et program der gør noget andet end det man havde tænkt sig. Det kan enten skyldes en simpel trykfejl eller at den algoritme som programmet udtrykker er ukorrekt. Her er et eksempel på en trykfejl: fak n = n * fak n-1 Dette ligner fakultetsfunktionen og der er da heller ikke hverken syntakseller typefejl. [opening file "fejl1.sml"] > val fak = fn : int -> int - Lad os prøve at kalde fak 4; vi forventer resultatet 24. Men Moscow ML svarer bare - fak 4;! Uncaught exception:! Out_of_memory Problemet er vi ikke skrev hvad vi troede vi skrev. funktionskald binder stærkere end subtraktion, så ML parser teksten som om der stod fak n = (n * (fak n)) - 1 Så vi har her utilsigtet lavet en uendelig rekursion. Løsningen er at sætte lidt parenteser: fak n = n * fak (n-1); En anden slags implementationsfejl skyldes at man har brugt en ukorrekt algoritme. Her er en anden udgave af fakultetsfunktionen: fak n = n + fak (n-1); Her står der + hvor der burde stå ; det burde derfor ikke undre at der kommer forkerte resultater ud når man kalder fak! 6

7 3 Nogle gode råd Til sidst nogle gode råd som ikke kan forhindre fejl men kan hjælpe med det og kan hjælpe dig til at nde fejl i dine programmer på en mere systematisk og overskuelig måde. 3.1 Gør det lettere for dig selv Skriv en grundig kladde før du anvender ML-systemet. Tænk grundigt over ideen i det program og brug blyant og papir i dit programdesign inden du begynder at skrive den endelige programtekst i Emacs. Læs din programtekst igennem før du serverer den til ML. Man kan fange mange fejl på den måde. Gør det til en vane at strukturere dit program pænt. Brug f.eks. letudtryk når du kan. Når dit program er let for dig selv at overskue kan du lettere nde fejlene. SML-mode i Emacs kan hjælpe dig med at forebygge de mest irriterende syntaksfejl så f.eks. et let-udtryk altid slutter med end. Prøv at trykke CTRL-C RET (hvor RET er return-tasten) for at se hvordan du kan indsætte et let-udtryk. Sæt hellere lidt for mange parenteser end lidt for få. Husk altid bundtilfældene i en rekursiv erklæring! Test programmet i små bidder. Hvis du skriver et stort program er det en god ide at servere funktionerne i dit store program for ML-systemet en ad gangen for at se om hver enkelt funktion kan spises. 3.2 Hvad du gør når du har fået en fejlmeddelelse Find ud af hvilken af de 5 typer fejl du er stødt på. Brug tid på at lære at kende forskel på de forskellige slags fejl, så er det nemmere at forstå præcis hvad fejlen er og nemmere at rette den. Når ML-systemet bekendtgør at den ikke kan forstå din programtekst skal du først nde ud af hvilken af de 5 kategorier af fejl der er tale om. Ret fejlene en ad gangen hvis der er ere. Lav en l med en kopi af dit oprindelige program og brug den som kladde. Slet så meget af dit program i kladdelen at programmet bliver fejlfrit. Hvis en kompliceret funktion rummer masser af fejl kan du lave en forsimplet version som ML-systemet kan spise. Tilføj mere og mere af dit nu korrekte program til din kladde efterhånden som du fjerner fejlene. 7