Los errores humanos dentro de la programación de computadoras son muchos y aumentan considerablemente con la complejidad del problema.
La depuración es un aspecto esencial del desarrollo de software. La depuración se refiere a la identificación y resolución de problemas existentes y potenciales en software o hardware.
Cuando hemos superado la fase de implementación y ya tenemos un programa, hemos de superar esta fase de depuración y pruebas para asegurarnos de que, antes de instalar y trabajar con el programa, éste funciona correctamente en todos los aspectos.
La fase de pruebas de una aplicación software es una etapa fundamental que en numerosas ocasiones puede suponer un tanto por ciento importante del tiempo de desarrollo del proyecto. Esta fase es planificada por los desarrolladores/analistas de acuerdo a los requisitos establecidos en la etapa de análisis, por lo tanto, no se trata de una fase improvisada.
Qué es la depuración
El proceso de identificar y eliminar errores, para dar paso a una solución sin errores se le llama Depuración.
La depuración, en el contexto del desarrollo de software, se refiere al proceso de identificar, analizar y corregir errores o defectos en el código de un programa. Este proceso es esencial para garantizar que el software funcione según lo esperado y cumpla con los requisitos establecidos.
La Depuración de programas es el proceso por el cual se identifican y corrigen errores de programación. Generalmente, en el argot de programación se utiliza la palabra debugging, que significa localización y eliminación de bichos (bugs) o errores de programa.
A través de este proceso se descubren los errores y se identifica qué zonas del programa los producen.
La depuración es el proceso de encontrar, aislar y resolver los errores de codificación conocidos como "bugs" o errores de software.
Los errores de codificación, como los errores lógicos, los errores en tiempo de ejecución, los errores de sintaxis y los errores semánticos, pueden provocar bloqueos, resultados incorrectos o imprecisos, vulnerabilidades de seguridad y pérdida de datos.
A través del proceso de depuración, los desarrolladores de software realizan análisis de causa raíz para asegurarse de que los errores que se encuentran en los programas informáticos se corrigen y no vuelven a ocurrir.
Los errores pueden afectar de forma negativa a la estabilidad, la fiabilidad y la experiencia del usuario del software.
La codificación como etapa previa
La codificación es la operación de escribir la solución del problema (de acuerdo a la lógica del diagrama de flujo o pseudocódigo), en una serie de instrucciones detalladas en un código reconocible por la computadora, la serie de instrucciones detalladas se le conoce como programa fuente, el cual se escribe en un lenguaje de programación o lenguaje alto nivel.
Existen diversos tipos de lenguaje de alto nivel, de acuerdo al tipo de problema que se desea resolver, clasificándose en problemas: matemáticos, científicos, administrativos o comerciales.
Una vez terminada la codificación, el programa debe pasar por distintas comprobaciones y escenarios de ejecución. En esta etapa pueden aparecer errores que no eran visibles durante la escritura inicial del código.
Tipos de errores
Errores sintácticos
Sintácticos. Estos errores son aquellos cometidos cuando no respetamos la sintaxis del lenguaje de programación que hemos elegido para hacer nuestro programa.
Por ejemplo, utilizamos Python 3 e intentamos escribir algo por pantalla usando echo "Hola Mundo". Sin embargo, lo correcto sería print("Hola Mundo").
Este tipo de errores, es mucho más fácil detectarlos ya que las herramientas que usamos, nos irán indicando el error según escribimos el código fuente o cuando lo ejecutamos para probarlo.
Un fragmento de código que viola las reglas de un lenguaje de codificación provoca un error semántico. Este error se produce cuando un desarrollador omite un elemento del código, como un paréntesis, una coma u otro error tipográfico.
Errores semánticos
Semánticos. Con diferencia, mucho más problemáticos. Resumiendo, se trata de errores que, sintácticamente son correctos pero que ofrecen resultados no esperados o sencillamente incorrectos.
Este tipo de error incluye una sintaxis que es técnicamente correcta, pero tiene direcciones incorrectas que provocan un output no deseado. Debido a que la sintaxis es correcta, estos errores pueden ser difíciles de detectar.
Ejemplo: probamos un código fuente que supuestamente debe devolvernos un listado de usuarios con rol editor. Sin embargo, aunque todo parece que va bien, cuando vemos el listado, nos damos cuenta que el listado es de usuarios proveedores, no editores.
Esto quiere decir que, o bien no se ha implementado bien el diseño preparado de ante mano, o el diseño en si mismo está mal.
Errores en tiempo de ejecución
Estos errores se producen cuando una aplicación se está ejecutando o iniciando.
Cuando el programa entra en ejecución, es muy frecuente que éste no funcione como se esperaba. De hecho, es normal que el programa falle.
Algunos errores serán detectados automáticamente y el programador será informado, como acceder a una parte de un array que no existe (error de índices) por ejemplo.
Otros son más sutiles y dan lugar simplemente a comportamientos no esperados, debido a la existencia de errores ocultos (bugs) en el programa.
Los errores de tiempo de ejecución pueden solucionarse ocasionalmente actualizando, reiniciando o reinstalando una aplicación.
Depuración y pruebas: diferencias principales
¿Alguna vez has pensado que probar y depurar software es lo mismo? 🚫 ¡ERROR común!
Aunque ambas actividades están relacionadas con mejorar la calidad del software, no son lo mismo ni se hacen igual ni por las mismas personas.
La prueba es una parte del proceso de depuración. Depurar implica corregir los problemas encontrados durante la prueba.
La depuración identifica y corrige las causas de esas fallas.
Las pruebas y la depuración son procesos complementarios en el desarrollo del nuevo código.
Si bien sus resultados son diferentes, tanto las pruebas como la depuración se utilizan para producir código sin errores.
Las pruebas permiten a los desarrolladores de software entender lo que le ocurre a un sistema cuando se producen errores.
Estas pruebas ayudan a los desarrolladores a saber cuándo un sistema ha fallado y los efectos que el fallo puede tener en un software.
Las pruebas son una parte clave del desarrollo de software, pero no explican por qué se ha producido un error.
Las estrategias y herramientas de depuración son las que utilizan los desarrolladores para encontrar la causa raíz de los errores, corregirlos y documentarlos para evitar que se repitan.
| Actividad | Propósito | Resultado |
|---|---|---|
| Pruebas | Verificar que el software cumple con los requisitos y funciona correctamente en diferentes escenarios. | Detectar fallas, errores y efectos del fallo. |
| Depuración | Identificar, analizar y corregir la causa raíz del problema. | Eliminar el defecto y evitar que vuelva a ocurrir. |
Relación entre una falla, un defecto y la depuración
Las pruebas son como una evaluación médica para el software. Se realizan para verificar que cumple con los requisitos y funciona correctamente en diferentes escenarios.
Si estamos probando al software (prueba dinámica) podemos encontrar fallas que son causadas por defectos.
En este caso, el proceso de depuración se ocupa de encontrar la causa raíz de la falla (defecto), analizarlo y eliminarlo, o sea que las etapas son: reproducimos la falla, diagnosticamos (encontramos la causa raíz) y se corrige la causa.
Luego, se realizan las pruebas de confirmación para comprobar si las correcciones han resuelto el incidente que originó la falla.
Además y como una buena práctica, se pueden realizar pruebas de regresión con el fin de verificar si las correcciones han causado fallas en otras partes del objeto.
Si estamos probando al objeto de prueba (prueba estática) podemos encontrar directamente defectos, y en este caso la depuración se encarga de eliminar el defecto sin necesidad de reproducir o diagnosticar ya que no podrán causar fallas.
Fases del proceso de depuración
El proceso de depuración normalmente implica tres pasos:
- Identificar errores. Durante la primera etapa del proceso de depuración, los usuarios finales, los probadores de control de calidad (QA, por sus siglas en inglés) y los desarrolladores reportan errores.
- Analizar errores. En esta fase, se evaluarán los errores reportados en el primer paso. Elementos importantes a considerar incluyen cómo afecta el error a la funcionalidad y qué partes del software o hardware se verán afectadas por él.
- Corregir errores y prepararse para el futuro. Una vez que los errores se han corregido, los desarrolladores y probadores de control de calidad se aseguran de que el software siga funcionando correctamente mediante pruebas.
El proceso de depuración requiere especificidad; los ingenieros no pueden confiar en una descripción de segunda mano del problema para diagnosticarlo con precisión.
Por lo tanto, el primer paso en el proceso de depuración es replicar las condiciones que causaron la aparición del error.
El próximo paso es identificar la fuente del error con la mayor precisión posible examinando minuciosamente el código y revisando todos los registros disponibles.
Este paso suele implicar la resolución de problemas y la revisión del código para rectificar el problema, así como volver a compilar y ejecutar el software para asegurarse de que se ha corregido el fallo.
Como último paso, los desarrolladores registran los detalles del proceso de reparación, incluida la causa del error, la forma en que se ha solucionado y cualquier otra información relevante.
La depuración como actividad creativa
La Depuración o prueba resulta una tarea tan creativa como el mismo desarrollo de la solución, por ello se debe considerar con el mismo interés y entusiasmo.
La depuración de programas es algo así como ser doctor: existe un síntoma, hemos de encontrar la causa y entonces determinar el problema.
El trabajo de eliminación de errores puede ser interesante.
La depuración y la prueba suelen requerir una cantidad de tiempo considerable en comparación con el tiempo dedicado a la primera codificación del programa.
La depuración de programas es una tarea fundamental en el desarrollo de software.
Cuando escribimos código en cualquier lenguaje de programación, hay altas probabilidades de que genere errores durante la ejecución.
Cuando un error no se descubre de un vistazo rápido al código fuente, algo que suele ocurrir cuando el número de líneas de código aumenta, es totalmente recomendable utilizar el depurador.
Al principio cuesta hacerse con la rutina de depurar, pero es el método más efectivo para encontrar errores.
Principios para realizar una depuración
Resulta conveniente observar los siguientes principios al realizar una depuración, ya que de este trabajo depende el éxito de nuestra solución.
- Trate de iniciar la prueba de un programa con una mentalidad saboteadora, casi disfrutando la tarea de encontrar algún error.
- Sospeche de todos los resultados que le arroje la solución, con lo cual deberá verificar todos.
- Considerar todas las situaciones posibles normales y aún algunas de las anormales.
La fase de pruebas no debe limitarse al funcionamiento ideal. También debe considerar entradas inesperadas, condiciones límite y comportamientos anormales que puedan revelar errores ocultos.
Compilación, enlazado y ejecución
Compilación
Una vez que hemos terminado de afinar un programa, solemos pasar generalmente cierto tiempo eliminando errores de compilación.
El compilador de Java mostrará una serie de chequeos en el código, sacando a la luz errores que pueden no apreciarse a simple vista.
Enlazado
Todos los programas hacen uso de librerías de métodos y otros utilizan métodos generados por los propios programadores.
Un método es enlazado (linked) sólo cuando éste es llamado, durante el proceso de ejecución.
Pero cuando el programa es compilado, se realizan comprobaciones para saber si los métodos llamados existen y sus parámetros son correctos en número y tipo.
Ejecución
Cuando el programa entra en ejecución, es muy frecuente que éste no funcione como se esperaba.
De hecho, es normal que el programa falle.
Algunos errores serán detectados automáticamente y el programador será informado, como acceder a una parte de un array que no existe (error de índices) por ejemplo.
Otros son más sutiles y dan lugar simplemente a comportamientos no esperados, debido a la existencia de errores ocultos (bugs) en el programa.
Cómo se realiza la fase de pruebas
Esta subfase de depuración no es solamente probar el código fuente que hemos elaborado implantando el diseño preparado, ejecutándolo.
Se trata más bien de crear unos miniprogramas o código fuente que haga uso de los diferentes módulos de nuestro programa.
El fin es simular comportamientos del usuario que usa el programa para detectar, en su mayoría, errores semánticos.
Las pruebas automatizadas permiten a los desarrolladores realizar pruebas continuas con el código nuevo para obtener conocimientos sobre varios escenarios.
La fase de pruebas de una aplicación software es una etapa fundamental que en numerosas ocasiones puede suponer un tanto por ciento importante del tiempo de desarrollo del proyecto.
Esta fase es planificada por los desarrolladores/analistas de acuerdo a los requisitos establecidos en la etapa de análisis, por lo tanto, no se trata de una fase improvisada.
Pruebas de confirmación y regresión
Luego, se realizan las pruebas de confirmación para comprobar si las correcciones han resuelto el incidente que originó la falla.
Además y como una buena práctica, se pueden realizar pruebas de regresión con el fin de verificar si las correcciones han causado fallas en otras partes del objeto.
Técnicas de depuración
Depuración hacia atrás
El proceso de depuración puede ser difícil y laborioso.
En este enfoque, los desarrolladores trabajan hacia atrás desde el punto en que se detectó el error para encontrar el origen del mismo.
En concreto, vuelven a rastrear los pasos que siguió el programa con el código fuente problemático para ver dónde salieron mal las cosas.
Depuración basada en hipótesis
Una técnica de depuración basada en hipótesis para eliminar causas requiere que el equipo especule sobre las causas del error y pruebe cada posibilidad de forma independiente.
División de la base de código
Al depurar bases de código grandes, los equipos pueden dividir las líneas de código en segmentos (funciones, módulos, métodos de clase u otras divisiones lógicas comprobables) y probar cada uno de ellos por separado para localizar el error.
Impresión y registro
La estrategia de depuración de impresión y registro consiste en añadir sentencias de impresión o "registros" al código para mostrar los valores de las variables, las pilas de llamadas, el flujo de ejecución y otra información relevante.
En este enfoque, los desarrolladores "explican o hablan" del código, línea por línea, a cualquier objeto inanimado.
Automatización
Los sistemas automatizados pueden replicar líneas de código y automatizar pruebas para verificar que un sistema funciona según lo previsto.
Fuerza bruta
Generalmente implementada cuando otros métodos han fallado, la depuración por fuerza bruta implica recorrer todo el código base, línea por línea, para identificar el origen del problema.
Depuradores y herramientas
¿Y cómo llevamos a cabo la depuración de nuestros programas?, pues a través del debugger o depurador del sistema de desarrollo Java que estemos utilizando.
Este depurador será una herramienta que nos ayudará a eliminar posibles errores de nuestro programa.
Podremos utilizar depuradores simples, como el jdb propio de Java basado en línea de comandos.
O bien, utilizar el depurador existente en nuestro IDE (en nuestro caso NetBeans).
Los depuradores son herramientas y API avanzadas que optimizan el desarrollo de software localizando errores de codificación en un sistema operativo o proceso de desarrollo de aplicaciones.
Las herramientas y tecnologías pueden variar ampliamente en sus capacidades, pero esencialmente todas ofrecen interfaces de línea de comandos que ayudan a las organizaciones a encontrar y corregir problemas de errores.
Puntos de ruptura
Breakpoints o puntos de ruptura: Estos puntos pueden ser determinados por el propio programador a lo largo del código fuente de su aplicación.
Un Breakpoint es un lugar en el programa en el que la ejecución se detiene.
Estos puntos se insertan en una determinada línea del código, entonces el programa se pone en funcionamiento y cuando el flujo de ejecución llega hasta él, la ejecución queda congelada y un puntero indica el lugar en el que la ejecución se ha detenido.
El depurador muestra los valores de las variables tal y como están en ese momento de la ejecución.
Ejecución paso a paso
El depurador también nos permite ejecutar un programa paso a paso, es decir, línea por línea.
A través de esta herramienta podremos seguir el progreso de ejecución de nuestra aplicación y supervisar su funcionamiento.
Cuando la ejecución no es la esperada quizá estemos cerca de localizar un error o bug.
En ocasiones, si utilizamos métodos procedentes de la biblioteca estándar no necesitaremos hacer un recorrido paso a paso por el interior de éstos métodos, ya que es seguro que no contendrán errores internos y podremos ahorrar tiempo no entrando en su interior paso a paso.
Entornos de desarrollo integrados
Los IDE ofrecen a los programadores informáticos características completas para el desarrollo de software.
Muchos IDE, como Visual Studio, Eclipse y PyCharm, vienen con un "modo de depuración".
Los IDEs como Visual Studio Code, IntelliJ IDEA o Eclipse ofrecen funcionalidades como resaltado de sintaxis, autocompletado y depuración integrada.
Permiten ejecutar el código línea por línea, examinar variables y valores, e identificar la causa del error.
Depuración remota
Permite depurar código que se ejecuta en un dispositivo diferente al que está usando el desarrollador.
Esto es útil para depurar aplicaciones web, aplicaciones móviles o software embebido.
Algunas herramientas populares para la depuración remota son Chrome DevTools, Android Debug Bridge (ADB) y GDB.
Depuradores independientes
Los depuradores independientes como GNU Debugger (GDB) ofrecen características de depuración avanzadas, incluidos puntos de interrupción condicionales y puntos de observación.
También facilitan la depuración inversa, que es cuando los programadores ejecutan un programa al revés.
Estas herramientas proporcionan formas de registrar el estado de un programa en varios puntos del código.
A continuación, los registros se pueden analizar para encontrar anomalías o patrones problemáticos.
Análisis estático y dinámico
Las herramientas de análisis de código estático analizan el código sin ejecutarlo, buscando posibles errores y corrigiendo fallos y desviaciones de las normas de codificación.
Esencialmente lo contrario de los analizadores de código estático, las herramientas de análisis dinámico monitorizan el software mientras se ejecuta para detectar problemas como fugas de recursos o problemas de concurrencia.
Los perfiladores de rendimiento permiten a los desarrolladores identificar los cuellos de botella de rendimiento en su código.
Registro y seguimiento de errores
Las herramientas de registro permiten registrar información sobre la ejecución del programa, como mensajes de error, valores de variables y llamadas a funciones.
Esta información puede ser muy útil para identificar la causa de un error.
Algunas herramientas de registro populares son Log4j, NLog y ELK Stack.
Los rastreadores de errores permiten registrar y gestionar errores y bugs.
Facilitan la comunicación entre los desarrolladores y otros miembros del equipo, y permiten realizar un seguimiento del progreso de la resolución de errores.
Algunos rastreadores de errores populares son Jira, Bugzilla y Mantis Bug Tracker.
Cómo elegir una herramienta de depuración
- Considerar el tipo de software en desarrollo en cuanto a la tecnología a usar.
- Considerar las características y funcionalidades que se requieran.
- Considerar el presupuesto disponible.
- Probar diferentes herramientas para encontrar la que mejor se adapte a las necesidades del proyecto.
Cuando se requiere implementar una herramienta en un área se necesitan toda una serie de autorizaciones y cumplimentar ciertos protocolos internos, además de lograr un acuerdo entre las áreas involucradas que por lo general pueden ser infra, seguridad y arquitectura.
La mejor herramienta de debug es la que mejor se adapte a tus necesidades específicas.
No existe una herramienta única que sea la mejor para todos los casos.
Automatización, colaboración y formación
Automatización: Automatizar las pruebas te permite ejecutarlas con mayor frecuencia y rapidez, lo que ayuda a encontrar errores antes de que afecten a los usuarios.
Colaboración: Es importante que los desarrolladores, testers y otros miembros del equipo trabajen juntos para identificar y corregir errores.
Herramientas: Hay una gran cantidad de herramientas disponibles para ayudarte a realizar pruebas y depuración de forma más eficiente.
Formación: Invertir en la formación de tu equipo en pruebas y depuración les ayudará a mejorar sus habilidades y ser más eficientes.
Pruebas y depuración en equipos ágiles
En el mundo del desarrollo ágil, donde la velocidad y la flexibilidad son claves, las pruebas y la depuración no son actividades separadas, sino dos caras de la misma moneda.
Ambas son esenciales para garantizar la calidad del software y mantener el ritmo del desarrollo.
En un entorno ágil, el liderazgo es crucial para garantizar que las pruebas y la depuración se integren correctamente en el proceso de desarrollo.
Los líderes ágiles deben:
- Crear una cultura que valore la calidad: Es importante que todos en el equipo comprendan la importancia de las pruebas y la depuración.
- Fomentar la comunicación y la colaboración: Los líderes ágiles deben crear un entorno donde los desarrolladores, testers y otros miembros del equipo puedan trabajar juntos de forma efectiva.
- Proporcionar las herramientas y la formación necesarias: Los líderes ágiles deben asegurarse de que el equipo tenga las herramientas y la formación que necesitan para realizar pruebas y depuración de forma eficiente.
Documentación del software
Es la guía o comunicación escrita en sus variadas formas, ya sean en enunciados, procedimientos, dibujos o diagramas.
A menudo un programa escrito por una persona, es usado por muchas otras.
Por ello la documentación sirve para ayudar a comprender o usar un programa o para facilitar futuras modificaciones (mantenimiento).
La documentación debe presentarse en tres formas, externa, interna y al usuario final.
Documentación externa
La primera debe estar integrada por los siguientes elementos:
- Descripción del problema.
- Diagrama de flujo y/o pseudocódigo.
- Lista de variables y constantes.
- Codificación del programa.
Documentación interna
En lo referente a la documentación interna, ésta lo constituyen los comentarios o mensajes que agregan al código, para hacer más claro el entendimiento del proceso.
Documentación para el usuario
A la documentación para el usuario se le conoce como manual del usuario.
Como último paso, los desarrolladores registran los detalles del proceso de reparación, incluida la causa del error, la forma en que se ha solucionado y cualquier otra información relevante.
Seguridad del código de prueba y depuración
El lanzamiento de compilaciones de producción que incluyan funciones de prueba o depuración puede tener un impacto negativo en la postura de seguridad de la aplicación.
Otra área de riesgo para la aplicación es el atributo android:debuggable configurado en el elemento <application> de AndroidManifest.xml.
Un usuario malicioso que interactúa con una función de prueba o depuración en una compilación de producción puede generar resultados inesperados.
El impacto de cualquier acción está directamente conectado con los permisos asignados a la función.
Cuanto mayores sean los permisos, mayor será el impacto que puede tener una explotación activa.
Importancia para la calidad del software
Las pruebas y la depuración son fundamentales para el éxito de cualquier proyecto de software.
Sin ellas, el software puede tener errores que frustran a los usuarios, dañan la reputación del producto e incluso generan costos adicionales.
En resumen, las pruebas y la depuración son dos prácticas esenciales para el desarrollo de software de calidad.
Al integrarlas en el proceso de desarrollo ágil y fomentar una cultura de colaboración, los equipos pueden crear software que sea confiable, eficiente y que satisfaga las necesidades de los usuarios.
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