Wiederholung: Hörsaalfrage¶
Welche Ebenen hat die Wissenspyramide?
Wiederholung: Wissenspyramide¶
Die Wissenspyradmide ist ein Modell zur Darstellung der Entstehung von Wissen.
Die vier Elementtypen: Zeichen, Daten, Informationen und Wissen werden pyramidenförmig als 4 Ebenen dargestellt.
Zeichen formen die Basis und das Wissen die Spitze der Pyramide.
Wiederholung: Hörsaalfrage¶
Was sind die vier Grundelemente eines Programms?
Wiederholung: Programmelemente¶
Wir kennen alle grundlegenden Grundelemente eines Programms:
- Statements
- Funktionen
- Verzweigungen
- Schleifen & Rekursion
Wir wissen wie man Algorithmen plant und diese Elemente kombinieren kann.
Ablauf¶
Warum machen wir Fehler?¶
Gewollte Fehler passieren, wenn:
- wir bewusst Fakten ignorieren und lieber unserem Bauch vertrauen
- wenn wir Tests durchführen, um zu prüfen ob ein Programm diese Fehler behandelt
- durch gezielte Sabotage (Insider Thread in der Datensicherheit)
Ungewollte Fehler passieren u.a. durch:
- falsche Annahmen da z.B. die Anforderungen nicht hinreichend analysiert worden oder man nicht alle Fehlerfälle durchdacht hat
- Unaufmerksamkeit (Flüchtigkeitsfehler) durch Müdigkeit, Zeitdruck oder Desinteresse
- weil wir an kognitive/körperliche Limits stoßen (z.B. optische Täuschungen)
Fehler sind Menschlich¶
- Computer sind von Menschen gemacht
- Die mentalen Modelle anderer Menschen haben (oft subtile) Unterschiede zu unseren eigenen, z.B. wegen:
- Alter
- Herkunft
- Ausbildung
- Erfahrung
- Kultur
- Die meisten Fehler im Alltag passieren an der Schnittstelle zwischen uns und den internen Vorgängen: Nutzeroberflächen, Hardware, etc.
Hörsaalfrage¶
Was bedeutet dieses Zeichen?
Was bedeutet dieses Zeichen?¶
- Das Diskettensymbol wird häufig zum Abspeichern benutzt.
- Es stammt ursprünglich aus den 90er wo Daten noch auf Disketten gespeichert wurden.
- Heutzutage haben viele diesen Kontext nicht und können das Symbol nicht intuitiv deuten.
- Beispiel für unterschiedliche mentale Modelle zwischen Generationen
Wann machen Computer Fehler?¶
- Computer machen nur sehr selten Fehler (z.B. Bitfehler durch kosmische Strahlung, Fehler bei Berechnungen mit Fließkommazahlen, Überläufe von Integer, Fehler bei der Datenübertragung oder Speicherung)
- Meistens ist es allerdings der Nutzer oder Programmierer der die Fehler erst ermöglicht hat (Falsche Datentypen, keine gute Ausnahmen- oder Fehlerbehandlung)
- Die eigentliche Frage ist: Gibt es Fehler im System abseits von unserem eigenen Programmcode?
Wie beugt man Fehlern vor?¶
- Nutzen einer integrierten Entwicklungsumgebung (IDE)
- Automatische Fehlererkennung von Syntaxfehlern
- Code-Vervollständigung
- Code-Generierung (z.B. aus Diagrammen)
- Umfangreiches Planen der Software mit Anforderungsanalyse, Softwareentwurf, Testentwurf, etc.
- TESTEN, TESTEN, TESTEN mittels spezieller Testfälle (Unit-Tests)!
- Nicht nur reiner Funktionstest (macht es was es soll?)
Klassen von Fehlern¶
Entlang der Wissenspyramide:
- Lexikalisch – Code enthält ungültige Zeichen oder Zeichenketten
- Syntaktisch – Code kombiniert lexikalisch gültige Wörter in ungültiger Weise
- Semantisch – Code ist syntaktisch gültig, aber liefert keine Ergebnisse/stürzt ab
- Logisch – Code ist semantisch gültig, aber löst das gegebene Problem nicht
Andere Klassifizierungen von Fehlern¶
Nach Häufigkeit und Reproduzierbarkeit:
- Deterministische Fehler - treten immer auf und lassen sich reproduzieren
- Sporadische Fehler - treten nur selten und in besonderen Zuständen auf. Sind schwer zu reproduzieren
Nach Auftreten:
- Statische Fehler - Direkt im geschriebenen Code erkennbar
- Dynamische Fehler - Treten erst beim Ausführen des Programms auf
Lexikalische & Syntaktische Fehler¶
- Sind in den meisten Fällen statisch und deterministisch
- Erzeugen immer eine Fehlermeldung
- Schon in IDE, beim Compilieren oder nach dem Ausführen
- Diese Fehlermeldungen können allerdings trügerisch sein!
Lexikalische & Syntaktische Fehler - Beispiele¶
- Ein Schlüsselwort ist falsch geschrieben
- Nicht geschlossene Anführungszeichen oder Klammern
- Einen Doppelpunkt nach einer Bedingung oder Funktion vergessen
- Falsche Einrückung nach einer Bedingung, Schleife oder Funktion
- Ggf. auch falsches Einrücken durch Tabs vs. Leerzeichen
Lexikalische & Syntaktische Fehler - Behandlung¶
- Erster Blick: In welcher Zeile ist der Fehler aufgetreten?
- Gibt der Text der Fehlermeldung einen Hinweis?
- Liegt der Fehler in der Zeile oder ist der Fehler nur ein Symptom und der Fehler liegt in einer Zeile davor?
- Normalerweise einfach zu beheben und von der Fehlerzeile den Code Zeile für Zeile rückwärts durchgehen
- Falls nicht: Refactoring - Code zur besseren Lesbarkeit umstrukturieren ohne das Verhalten zu verändern
Semantische Fehler - Grundlagen¶
- Entstehen durch die fehlerhafte Anwendung von syntaktisch korrekten Programmstrukturen auf ein bestimmtes Problem
- Semantische Fehler können erkennbar oder unerkennbar sein. Sie sind immer deterministisch, aber können statisch oder dynamisch auftreten
- Erkennbare Fehler sind Fehler von denen man weiß, dass sie auftreten können (z.B. Division durch Null, keine Internetverbindung, etc.)
- Sollten immer abgefangen und behandelt werden
- Unerkannte Fehler sind beim Erstellen des Programms unbekannt. Deutlich schwieriger abzufangen
Semantische Fehler - Beispiele¶
- Eine Variable wird als Funktion aufgerufen
(statisch, deterministisch) - Ein Operator wird mit einem Wert des falschen Typs genutzt
(statisch oder dynamisch, deterministisch) - Ein Wert des falschen Typs wird in eine Funktion übergeben
(statisch oder dynamisch, deterministisch) - Es geschieht eine Division durch 0
(dynamisch, deterministisch)
Semantische Fehler - Behandlung¶
Erster Schritt: Verstehen der Fehlermeldung
- Idealfall: Gibt das exakte Problem an
- Meistens: Gibt Hinweise auf ein Problem
- Ort
- Art des Problems
- Die betroffene Variable/Operation
- Oft: Die Fehlermeldung ist nur ein Symptom des eigentlichen Problems
Semantische Fehler - Behandlung (2)¶
Falls die Fehlermeldung nicht genug Informationen gibt:
Programmablauf loggen und so besser nachvollziehen:
- Weitere Ausgaben hinzufügen (z.B. über
print()-Funktion) - Variablenzustände prüfen oder prüfen ob gewisse Zeilen erreicht werden
- Weitere Ausgaben hinzufügen (z.B. über
Debugging-Tools nutzen:
- Programmablauf an bestimmten Punkten (Breakpoints) pausieren
- Programmablauf Schritt für Schritt nachvollziehen
- Variablen beobachten in diesem Moment
Logische Fehler - Grundlagen¶
Entstehen durch:
- Fehler in der Programmlogik
- Ein falsches mentales Modell
- Einen grundlegenden Fehler im Programmentwurf
- Flüchtigkeitsfehler bei der Übersetzung vom Entwurf zur Implementierung
Charakteristika:
- Erzeugen nur selten Exceptions sondern falsches Verhalten/Ergebnisse
- Bleiben oft unentdeckt und treten erst dynamisch auf
- Können deterministisch oder sporadisch sein
Logische Fehler - Beispiele¶
Deterministische Fehler:
- Verwendung eines falschen Faktors in einer Einheitenkonvertierung
- Verwenden der falschen Art von Schleife oder falsche Schachtelung
- Verwenden einer falschen Zeitzone beim Schreiben von Sensor-Daten
Sporadische Fehler:
- Probleme mit Sommer-/Winterzeitkonvertierung bei Sensor-Daten
- Die Bedingung in einer Schleife hat Fälle in der sie immer True ist und so endlos wird
Logische Fehler - Behandlung¶
Deterministische Fehler:
- Testfälle erstellen um zu reproduzieren wann und wie unerwartetes Verhalten stattfindet
- Debugger nutzen um die Ausführung nachzuvollziehen und Fehlerursache zu isolieren
- Werte systematisch verfolgen und Schritt-für-Schritt auf Korrektheit prüfen
Sporadische Fehler:
- Mittels Logging (
print()) den Zustand des Fehlers identifizieren, so dass er reproduzierbar wird - Bedingte Breakpoints im Debugging nutzen (Programm bleibt nur stehen, wenn eine Fehlerbedingung gegeben ist)
Zusatz: Warnungen in der IDE oder vom Compiler¶
Weisen auf Code hin, der syntaktisch und semantisch korrekt scheint, seinen Zweck aber wahrscheinlich nicht erfüllen wird
Basieren z.B. auf Erfahrungswerten
Können dabei helfen semantische und logische Fehler frühzeitig zu erkennen
Lesson Learned¶
Wofür ist Feedback gut?
Lesson Learned - Selbst und Fremdwarnehmung¶
Unser Selbstbild stimmt nie mit dem Fremdbild überein, da wir unsere Erfahrungen und Gedanken mit einbringen
Das Fremdbild wird nur durch Beobachtung und Schilderungen von unserer Person gebildet
Feedback ist entscheidend, um das Selbstbild und Fremdbild abzugleichen
