Debugger: lo strumento che individua gli errori nel software

Chiunque abbia a che fare con la programmazione incontra inevitabilmente il termine “debugging”. Questo processo indica un’indagine a tutto tondo del codice sorgente di un programma informatico che mira a rilevare gli errori in esso contenuti. Quando l’obiettivo primario è che il software funzioni correttamente su tutte le piattaforme e sui dispositivi target desiderati, non è possibile rinunciare all’uso di un debugger. In questo articolo scoprirete esattamente cos’è un debugger, come funziona e in quali contesti si utilizza.

Un debugger è un programma per computer che consente di rilevare e diagnosticare errori nel software. Lo scopo di tale strumento è quello di garantire la funzionalità del software testato su tutti i dispositivi e le piattaforme target nel lungo termine. Per questo motivo, molti debugger controllano non solo il rispettivo codice sorgente, ma anche l’interazione con il sistema operativo utilizzato e l’hardware sottostante. Il processo di debug avviene direttamente durante il runtime, in modo che il software esaminato non debba essere terminato per effettuare la verifica.

Il termine “debug” è composto dal prefisso inglese de - (in italiano “de-”) e dalla parola inglese bug (“insetto”) e si riferisce a un processo utilizzato nello sviluppo di software da decenni per indicare errori di programma di vario tipo. Tra gli ingegneri era già in uso nel XIX secolo come termine per indicare i malfunzionamenti. Sulla base di questo termine, la correzione di un errore software è anche indicata come “bugfix”.

Non esiste un software perfetto privo di errori, il che rende virtualmente indispensabile l’ottimizzazione quotidiana. Il problema principale spesso non è quello di rilevare i processi difettosi nel codice del programma, ma piuttosto determinarne l’esatta causa. È sufficiente una parentesi posizionata in modo errato o un operatore non utilizzato correttamente per impedire il giusto funzionamento di un software. Con centinaia o addirittura migliaia di righe di codice, la ricerca manuale, effettuata carattere per carattere, non potrebbe garantire la risoluzione certa del problema. Per questo motivo, i debugger moderni non si limitano a individuare un problema, ma forniscono anche informazioni dettagliate sul tipo di errore e spesso anche sulla riga di codice interessata.

I debugger analizzano il codice del programma passo per passo. A tal fine si inseriscono dei cosiddetti breakpoint (punti di interruzione) nei punti del software da sottoporre a debug. Lo strumento di debug riconosce questi punti e può utilizzarli per arrestare l’esecuzione del software. Gli sviluppatori hanno allora due opzioni:

• esaminare lo stato esatto del programma in questo momento, ad esempio, per verificare se tutte le variabili coinvolte hanno prodotto i valori previsti
• riprodurre il programma dal rispettivo breakpoint per limitare eventuali problemi o fonti di errori

I breakpoint non devono necessariamente essere fissi: molti debugger consentono di collegare i breakpoint a specifiche condizioni. Questo permette, ad esempio, di interrompere l’esecuzione di un programma quando si verificano determinate condizioni. Ad esempio, se un ciclo viene eseguito correttamente per 20 volte e solo alla 21° si verifica un errore, il debugger rileva direttamente il problema grazie a una condizione corrispondente. I cicli precedenti, che non hanno evidenziato malfunzionamenti, non devono quindi essere ripetuti.

Ulteriori funzioni dei debugger includono, tra l’altro, l’analisi di dati come i contenuti di variabili, memorie o registri e la modifica di memorie come la memoria principale (memoria centrale) e il registro del processore.

Il modo esatto in cui un debugger può essere utilizzato per l’individuazione degli errori di un software dipende, da un lato, dallo strumento stesso e, dall’altro, dal sistema operativo su cui si esegue il software (e il debugger). L’utente fornisce allo strumento di verifica le informazioni sul processo a cui collegarsi tramite un ID processo o un nome. In quest’ultimo caso, il debugger individua innanzitutto l’ID processo associato. La sessione di debug si avvia quindi mediante una chiamata di sistema.

In generale, si possono distinguere due diversi approcci all’uso degli strumenti di debug:

• Il processo di verifica si effettua all’interno del sistema su cui gira il software da controllare.
   
• Il processo di verifica non si avvia nel computer sul quale viene eseguito il software da controllare, ma su un sistema remoto, metodo definito anche debug remoto.

I debugger moderni sono spesso in grado di tenere conto delle modifiche al codice sorgente di un software nel controllo degli errori anche durante l’esecuzione. Questo debug Just-In-Time è particolarmente utile nella fase iniziale di sviluppo del software informatico, dove errori di codice minori, ma anche maggiori, non sono rari. Non è un caso che anche gli ambienti di sviluppo di molti linguaggi di scripting e framework dispongano di un debugger integrato.

Quando si tratta di debugger o debugging in generale, è assodato che se si desidera che un codice informatico funzioni nel lungo termine senza presentare errori, l’uso di questa procedura di verifica è indispensabile, sia che si desideri programmare, sviluppare ulteriormente o testare uno script semplice, un singolo processo, un modulo, un programma complesso o un sistema operativo intero.

Un software con un debugger integrato può essere molto utile anche per i programmatori non professionisti: progettato e configurato in maniera corretta, il debugger può fungere, ad esempio, da filo diretto tra l’utente del programma e lo sviluppatore quando si verificano errori durante l’uso. I report del debugger consentono agli sviluppatori di comprendere meglio il problema e come l’utente può risolverlo. A seconda del programma, del debugger e della gravità dell’errore, questo strumento può anche consentire agli utenti di correggere l’errore autonomamente.