Текст книги "Программирование на языке пролог"

Автор книги: У. Клоксин

Соавторы: К. Меллиш
сообщить о нарушении

Текущая страница: 18 (всего у книги 26 страниц)

8.4. Трассировка и контрольные точки

Обнаружив, что программа не работает (порождает сообщения об ошибках, просто отвечает 'нет'или выдает неверный ответ) вы, наверное, захотите побыстрее найти ошибки с тем, чтобы исправить их. В этом разделе описывается набор встроенных предикатов, позволяющих «проследить» за выполнением программы. С их помощью вы можете вновь запустить программу на той же задаче и проследить за ее выполнением, чтобы найти место, с которого она начинает работать неверно. При этом вы увидите, когда происходят разные события трассировочной модели, подобно тому, как это было в предыдущем разделе, где мы наблюдали за процедурой потомок. Точный набор возможностей, предоставляемых предикатами отладки, зависит от конкретной реализации Пролога, однако то, что мы собираемся сообщить вам, даст представление об имеющихся средствах, так что вы сможете разобраться в том, что предлагает вам ваша система. В любом случае мы настоятельно советуем ознакомиться с документацией по вашей Пролог-системе, прежде чем начать использование средств отладки.

Основное назначение трассировки и контрольных точек состоит в том, чтобы программист получил информацию о попытках согласования определенных целей, возникающих в ходе выполнения его программы. Программист может принять решения относительно интересующих его целей и относительно уровня своего вмешательства в процесс их согласования. Первое решение сводится к выбору определенной комбинации полной трассировкии трассировки по контрольным точкам.Вообще говоря, полная трассировка означает выдачу информации обо всехцелях, а контрольные точки позволяют программисту получить информацию лишь о тех предикатах, которые он задал. Однако эти возможности могут различными способами комбинироваться. Используемые при этом встроенные предикаты рассмотрены в разд. 6.13. Контрольная точка для какого-либо предиката устанавливается с помощью предиката spy(отмена контрольной точки выполняется предикатом nospy). Установка режима полной трассировки осуществляется предикатом trace(а ее отмена – предикатом notrace).

Второе решение заключается в выборе уровня управления процессом трассировки. При неуправляемой трассировке информация о целях выдается на терминал и программа продолжает выполнение. При управляемой трассировке, выдав информацию о цели, система каждый раз спрашивает у программиста, что бы он хотел сделать. Он может изменить уровень трассировки, изменить нормальный ход выполнения программы и дать ряд других указаний. Ваша Пролог-система может обеспечивать раздельный выбор уровня управления трассировкой для каждого из четырех видов событий:

• Когда впервые делается попытка согласовать некоторую цель с базой данных, когда данная цель встречается впервые (событие CALL);

• Когда цель успешно согласована (событие EXIT);

• Когда готовится попытка повторного согласования цели (событие REDO), и

• Когда устанавливается несогласуемость цели с базой данных, поскольку все попытки вновь согласовать ее оказались безуспешными (событие FAIL).

Например, разумным представляется такой выбор: задать трассировку событий CALL и REDO как управляемую, а трассировку событий EXIT и FAIL – как неуправляемую. Более подробное описание этих четырех событий, происходящих при согласовании целей с базой данных, приведено в разд. 8.3,

Рассмотрим теперь, что за информация выдается пользователю, когда происходит некоторое событие с интересующей его целью. Прежде всего выдается название цели с указанием вида произошедшего события и, возможно, номера обращения. Если для данного события задана неуправляемая трассировка, то это все. Если же задана управляемая трассировка, то Пролог потребует указаний относительно того, что ему делать дальше. Протокол полной неуправляемой трассировки мог бы выглядеть следующим образом:

?– [user].

присоединить([],Y,Y).

присоединить([А|В],С,[А|D]):– присоединить(В,С,D).

/* введите здесь литеру – признак конца файла */

да

?– присоединить ([а][b],Х).

CALL присоединить([a],[b],_43)

CALL присоединить([],[b],_103)

EXIT присоединить([],[b],[b])

EXIT присоединить([a],[b],[a,b])

X = [a,b];

REDO присоединить([a],[b],[a,b])

REDO присоединить([],[b],[b])

FAIL присоединить([],[b],_103)

FAIL присоединить ([a], [b],_43)

нет

?– присоединить(Х,Y,[а])

CALL присоединить(_37,_38,[а])

EXIT присоединить([],[а],[а])

X = [], Y = [a];

REDO присоединить([],[a],[a])

CALL присоединить(_93,_38,[])

EXIT присоединить([],[],[])

EXIT присоединить([а],[],[a])

X = [a], Y = [];

REDO присоединить([a],[],[a])

REDO присоединить([],[],[])

FAIL присоединить (_93,_38,[])

FAIL присоединить(_37,_38,[])

нет

Здесь на терминал выведены сведения обо всех четырех событиях для всех целей. Однако программист не может приостановить выполнение программы в какой-либо точке, изменить по ходу выполнения объем трассировочной информации, или как-либо еще повлиять на ход выполнения трассировки. Эти возможности предоставляются при управляемой трассировке.

Прежде чем перейти к рассмотрению управляемой трассировки, следует сделать несколько замечаний о том, как Пролог выдает сведения о целях во время трассировки. На самом деле, способ выдачи сведений о целях средствами трассировки не обязательно совпадает с тем, который используется предикатом write.Это происходит потому, что для выдачи сведений о целях пользователю разрешается задавать свои собственные определения. Вы можете воспользоваться этой возможностью для того, чтобы вывести какие-либо общие структуры, используемые в вашей программе, особым способом, который обеспечивает большую наглядность и выразительность, чем обычный вывод с помощью предиката write.Эта возможность осуществляется следующим образом. Стандартный способ выдачи сведений о целях опирается на использование встроенного предиката printс единственным аргументом. Предикат printдействует, как если бы он был определён следующим образом:

print(X):– portray(X),!.

print(X):– write(X).

Предикат portrayуже не является встроенным, поэтому вы можете сами задать утверждения для его определения. Если эти утверждения таковы, что они позволяют согласовать с базой данных цель portray(X)для одной из ваших целей Х,то считается, что выдачу всех необходимых сведений сделают эти утверждения. В противном же случае данные об этой цели X будут выданы с помощью предиката write.Например, если по каким-то причинам вы не хотите выдавать значение третьего аргумента цели присоединить,то это может быть обеспечено с помощью следующего утверждения:

portray(присоединить(А,В,С)):– writе('присоединить('), write(A), write(','), write(B), write(','), write('‹foo›)').

Каждый раз когда встретится цель X, содержащая предикат присоединить,приведенное утверждение будет обеспечивать успешное согласование цели portray(X),и вывод трассировочной информации будет полностью возложен на данное утверждение. В случае цели, содержащей любой другой предикат, цель port-гау(Х)не согласуется с базой данных и потому сведения об X будут выданы с помощью предиката write(X).Если бы приведенное выше утверждение присутствовало в базе данных, то соответствующая часть приведенного выше протокола трассировки выглядела бы следующим образом:

?– присоединить ([a],[b],X).

CALL присоединить([а],[b],‹fоо›)

CALL присоединить ([],[b],‹foo›)

EXIT присоединить([],[b],‹fоо›)

EXIT присоединить([a],[b],‹foo›)

X = [a,b];

REDO присоединить([a],[b],‹foo›)

REDO присоединить([],[b],‹foо›)

FAIL присоединить([],[b],‹foo›)

FAIL присоединить ([a],[b],‹foo›) нет

Т

еперь рассмотрим управляемую трассировку. Если вы задали управляемую трассировку для событий некоторого типа, то Пролог спросит у вас, что нужно сделать после того, как наступит событие заданного типа. На терминале это может выглядеть примерно так:

?– присоединить ([а],[b],Х).

CALL присоединить([а],[b],_43)?

После вывода литеры '?' программа останавливается. Теперь от вас требуется ответ – команда, которой вы зададите одно из возможных действий. Если затребованное вами действие означает продолжение обычного выполнения программы, то она продолжит выполнение до тех пор, пока трассировка не дойдет до следующего управляемого события для прослеживаемого предиката. И опять вам будет задан вопрос вида:

CALL присоединить([],[b],_103)?

Одной из команд может быть выдача списка допустимых команд на терминал. Рассмотрим некоторые из них.

Выдача информации о цели

Первая группа команд предназначена для выдачи информации о цели в различных форматах. Как мы уже знаем, стандартным средством выдачи сведений о цели является предикат print,в рамках которого с помощью определяемого пользователем предиката portrayможно выводить нужные сведения в нужном формате. Однако у пользователя могут возникнуть сомнения в правильности утверждений, определяющих portray,или он может пожелать увидеть цель в обычной форме. Поэтому Пролог предоставляет команду, дающую вам возможность вывести сведения о текущей цело с помощью предиката writeили display. Вэтом случае программа не продолжает выполняться, а пользователя просят задать еще одну команду, которая укажет как следует продолжать выполнение программы. Как правило, этот диалог имеет следующий вид:

?– присоединить([a],[b],X).

CALL присоединить([а],[b],‹fоо›)? write

CALL присоединить([а],[b],_103)?

Обычно в качестве альтернативного способа вывода сведений о цели используют write.Предикат displayможет понадобиться в том случае, когда цель содержит много операторов, и вы забыли приоритеты их выполнения. В этом случае displayпоможет вам однозначно определить вложенность функторов.

Выдача информации о предшественниках

Предшественниками данной цели называются те цели, согласованность которых зависит от согласованности данной цели. На наших диаграммах с прямоугольниками это те цели, прямоугольники которых включают данную цель. Так, каждая цель имеет предшественника, который в свою очередь является одной из целей исходного вопроса – той целью, согласованию которой помогает текущая цель. Аналогично, когда речь идет о правиле, каждая цель, порожденная телом правила, имеет в качестве предшественника ту цель, которая сопоставлена с заголовком правила. Рассмотрим некоторые примеры предшественников. Обратимся к следующей простой программе обращения списка (которая рассматривалась в разд. 7.5):

обр([],[]).

oбp([H|T],L):– oбp(T,Z), присоединить(Z,[H],L).

присоединить([],X,Х).

присоединить([А|В],С,[А|D]):– присоединить(В,С,D).

Пусть мы задали исходный вопрос:

?– oбp([a,b,c,d],X). (A)

Тогда, вследствие второго утверждения, возникают две подцели, каждая из которых в качестве своего непосредственного предшественника имеет цель, составляющую содержание исходного вопроса. Вот эти подцели:

oбp([b,c,d],Z) (B)

присоединить(Z,[a],X) (C)

Поскольку второе утверждение будет снова использовано при согласовании (B),снова возникают две подцели:

oбp([c,d],Z1) (D)

присоединить(Z1,[a],Z) (E)

Их предшественниками являются цели (A)и (B).Заметим, что цель (C)не является их предшественником, поскольку от них непосредственно зависит только согласованность (B), от которой, в свою очередь, зависит согласованность (А).Цели (D)и (E)никак не влияют на согласованность (C). Когда процесс согласования исходного вопроса заходит уже достаточно далеко, возникает цель вида:

присоединить([с],[b],Y)

На этом этапе текущая цель и ее предшественники могут быть представлены в следующем виде:

oбp([a,b,c,d],_46) (цель A)

oбp([b,c,d],[d|_50]) (цель B)

присоединить([d,с],[b],[d|_51])

присоединить([с],[b],_52)

Прежде чем читать дальше, вам следует убедиться в том, что вы понимаете, почему это предшественники данной цели, а также почему у нее нет никаких других предшественников. С приведенным здесь изображением предшественников связана одна особенность, которая может проявиться и в вашей Пролог-системе. Существуют два способа выдачи информации о предшественнике на печать – при первом способе информация соответствует состоянию предшественника при первой попытке согласовать его, при втором – текущему состоянию, с теми значениями переменных, которые они получили в результате конкретизации. Здесь у нас принят второй способ. Когда выполнение впервые дошло до цели (B),второй аргумент предиката обрне был конкретизирован. Тем не менее, в списке предшественников этот аргумент показан как имеющий значение. Это объясняется тем, что теперь переменная, которая задана в этой позиции, оказалась конкретизированной, а именно, теперь мы выяснили, что для [b, с, d]первым элементом обращенного списка является d.

Глядя на предшественников текущей цели можно получить ясное представление о том, что происходит с программой и почему она делает то, что наблюдается. Одной из команд, которые пользователю разрешается вводить при наступлении управляемого события для некоторой цели может быть выдача сведений о каких-либо из ее предшественников. Таким образом, если вы чувствуете, что ваша программа тратит где-то много времени и подозреваете, что это может быть результатом зацикливания, то верная стратегия состоит в том, чтобы прервать выполнение, включить полную трассировку, а затем посмотреть на предшественников, чтобы понять, где вы находитесь.

Изменение уровня трассировки

Другой набор команд, которыми можно воспользоваться при наступлении управляемого события, связан с изменением желаемого объема трассировки. Некоторые из более грубых управляющих воздействий состоят в следующем.

• Удаление всех контрольных точек. Это имеет тот же эффект, что и вызов цели nodebug(см. разд. 6.13).

• Отключение полной трассировки. Это имеет тот же эффект, что и вызов цели notrace(см. разд. 6.13).

• Включение полной трассировки. Это имеет тот же эффект, что и вызов цели trace(см. разд. 6.13).

При задании любой из этих команд ваша программа продолжит затем выполнение в указанном режиме до тех пор, пока не дойдет до цели, которую вы намеревались прослеживать. В некоторых версиях Пролога могут быть предусмотрены более тонкие средства управления трассировкой. Эти средства помогут вам быстро пройти через те участки выполнения программы, которые не представляют интереса с тем, чтобы сосредоточиться на участках, где, вероятно, имеются ошибки. Здесь возможны следующие команды:

• «creep» (ползти): Продолжить выполнение программы с полной трассировкой до тех пор, пока не поступит новое указание (при наступлении следующего управляемого события).

• «skip» (пропустить): Продолжить выполнение программы без выдачи какой-бы то ни было трассировочной информации до тех пор, пока не наступит какое-либо событие, относящееся к текущей цели.

• «leap» (перескочить); Продолжить выполнение программы без выдачи трассировочной информации до тех пор, пока либо не будет достигнута контрольная точка, либо не наступит событие, относящееся к текущей цели.

Первая из этих команд соответствует случаю, когда вы хотите, начиная с данного момента, тщательно проследить за ходом выполнения программы. Вторая команда соответствует случаю, когда вас не интересует ход согласования какой-либо цели, а нужно побыстрее перейти к тому, что происходит дальше. Третья команда относится к случаю, когда в ходе согласования некоторой цели выполняется большой объем не интересующей вас деятельности, но где-то в середине возникает интересующая вас цель (имеющая контрольную точку). Поэтому вам желательно пропускать все до тех пор, пока не будет достигнута нужная контрольная точка или (если программа ошибочна) пока текущая цель не окажется согласованной или несогласованной не достигнув контрольной точки. Ниже приводится пример использования команд «creep» и «skip». Предположим, что в простой программе сортировки, приведенной в разд. 7.7, есть ошибка, но при этом мы уверены, что наша программа порождения перестановок работает правильно. Если вы помните, определение программы наивсортначинается так:

наивсорт(Х,Y):– перестановка(Х,Y), отсортировано(Y),!.

Чтобы избежать необходимости просматривать массу детальных сведений о том, как работает программа перестановка, можно воспользоваться командой «skip» и получить трассировку, которая начинается так:

CALL наивсорт([3,6,2,9,20],_45)? creep

CALL перестановка([3,6,2,9,20],_45)? skip

EXIT перестановка([3,6,2,9,20],[3,6,2,9,20])? creep

CALL упорядочено(ЕЗ,6,2,9,20])? creep

CALL упорядочено(0,[3,6,2,9,20])? creep

CALL 0‹3?

. . .

Вмешательство в процесс согласования цели

Здесь рассматриваются команды, которые позволяют изменять порядок работы программы. С их помощью можно повторить некоторые фрагменты, которые желательно изучить более подробно, обойти случаи про которые известно, что они не относятся к делу и наоборот, заставить программу рассмотреть случаи, которые иначе она могла бы и не обнаружить. Все это способно значительно ускорить отладку, поскольку позволяет подвергнуть многократной проверке особо сложные части программы не повторяя заново весь ее запуск с самого начала.

• «retry» (повторить): Если вы задали команду «retry» после какого-либо события для некоторой цели, то Пролог вернется к тому месту, где он первоначально осуществил ВЫЗОВ (событие CALL) этой цели. Все будет в точности так же, как и в момент первоначального появления этой цели (кроме каких-либо добавлений к базе данных, которые могли быть сделаны). Это означает, что вы можете еще раз проследить за тем, что происходит при согласовании данной цели. На практике обычно сочетают использование команд «retry» и «skip». Если вы сомневаетесь в том, что ошибка возникает при согласовании некоторой цели, вы можете сперва пропустить (с помощью команды «skip») трассировку процесса ее согласования. Это означает, что вы не намерены пробираться через массу трассировочных данных, относящихся к цели, процесс согласования которой выполняется совершенно правильно. Если же возникла ошибка, и цель либо не согласуется с базой данных, либо дает неверный результат, то у вас сохраняется возможность после всего этого (с помощью команды «retry») вернуться назад и проследить за всем более внимательно.

• «or» (или): Эта команда, в точности как ';', означает просьбу о выборе альтернативного решения некоторого вопроса. Если вы находитесь в точке ВЫХОДа из цели (событие EXIT), вы также можете попросить о выборе альтернативы. Таким образом, если известно, что первый найденный ответ не позволяет успешно завершить остальную часть программы, можно тут же попросить о поиске другого решения. Это означает, что вы сможете быстрее добраться до той части программы, где содержится ошибка. Без такого режима вам пришлось бы «караулить» возможную неудачу процесса согласования после того, как была найдена первая альтернатива.

• «fail» (неудача): Эта команда в основном используется при наступлении события CALL. Если вы знаете, что данная цель в конце концов окажется несогласованной с базой данных, и что эта цель для вас не представляет интереса, то вы можете тут же принудительно завершить процесс согласования неудачно, задав эту команду.

Ниже приводится пример использования различных рассмотренных команд при изменении порядка согласования одного вопроса:

?– принадлежит(Х,[а,b,с]), принадлежит(Х,[b,d,е]).

CALL принадлежит(_ 44,[a, b,с])? creep

EXIT принадлежит(a, [а,b,с])? or

REDO принадлежит(a, [а,b,с])? creep

CALL принадлежит(_44,[b,с])? fail

FAIL принадлежит(_44,[b,с])? creep

FAIL принадлежит(_44,[a,b,с])? retry

CALL принадлежит(_44,[а,b,с])? creep

EXIT принадлежит(а,[а,b,с])? creep

CALL принадлежит(а,[d,с,е])? fail

FAIL принадлежит(a,[d,c,e])? creep

REDO принадлежит(а,[а,b,с])? creep

CALL принадлежит(_44,[b,с])? creep

EXIT принадлежит(b,[b,с])? or

REDO принадлежит(b,[b,с])? creep

CALL принадлежит(_ 44,[с])? fail

FAIL принадлежит(_44,[с])? retry

CALL принадлежит(_44,[с])? creep E

XIT принадлежит(с,[с])? creep

EXIT принадлежит(с,[b,c])? creep

EXIT принадлежит(c,[a,b,с])? creep

CALL принадлежит(c,[d,c,e])? creep

CALL принадлежит(c,[c,e])? creep

EXIT принадлежит(c,[c,e])? creep

EXIT принадлежит(c,[d,c,e])? or

REDO принадлежит(c,[d,c,e])? creep

REDO принадлежит(c,[c,e])? creep

CALL принадлежит(c,[e])? creep

CALL принадлежит(c,[])? creep

FAIL принадлежит(c,[])? creep

FAIL принадлежит(c,[е])? creep

FAIL принадлежит(c,[с,е])? retry

CALL принадлежит(c,[с,e])? creep

EXIT принадлежит(c,[c,e])? creep

EXIT принадлежит(с,[d,с,е])? creep

Другие команды

Рассмотрим другие возможные команды, которые могут быть доступны вам при наступлении управляемого события;

• «break» (пауза): Эта команда вызывает приостановку выполнения текущей программы, причем вам предоставляется новая копия Пролог-интерпретатора, Вы можете воспользоваться этим для задания вопросов относящихся к утверждениям, которыми вы располагаете, для расстановки контрольных точек или для чего-нибудь еще. Когда вы выйдете из этой копии интерпретатора (путем ввода литеры, являющейся признаком конца файла), то выполнение вашей прежней программы будет продолжено.

• «abort» (аварийное завершение): Эта команда вызывает прекращение выполнения всех ваших текущих программ, и вы «проваливаетесь» в Пролог-интерпретатор, который готов к вашему новому вопросу.

• «halt» (стоп): Эта команда вызывает полный выход из Пролога. Она может потребоваться вам, когда вы обнаружите ошибку и захотите для ее исправления отредактировать файл с той программой, где находится ошибка.

Заключение

В заключение хочется обратить внимание на три вопроса, ответы на которые следует продумать, прежде чем приступать к трассировке выполнения программы:

1. За какими целями вы собираетесь следить? Если вы хотите следить за всем (задав полную трассировку с помощью предиката trace), то вы можете захлебнуться тем потоком информации, который будет поступать на ваш терминал. С другой стороны, если прослеживать только то, что происходит с небольшим числом предикатов (расставляя контрольные точки с помощью предиката spy), то можно пропустить момент, когда программа начинает работать неверно. Вероятно, лучшим решением является компромисс между аккуратным использованием контрольных точек, позволяющих сузить район поиска, и полной трассировкой на заключительном этапе, что позволяет точно обнаружить место ошибки.

2. Какой уровень управления выполнением программы вы намерены осуществить через терминал? Если задать все типы событий как неуправляемые, то вы не сможете оказать никакого влияния на ход выполнения программы, которая быстро проскочит через место ошибки прежде чем вы сможете это заметить, а тем более – внимательно рассмотреть. С другой стороны, если вы зададите все события как управляемые, то вам придется постоянно подталкивать программу, сообщая ей, что нужно продолжить выполнение при каждом новом событии.

3. Намерены ли вы задать специальные средства вывода информации о прослеживаемых целях? Это может оказаться полезным в тех случаях, когда некоторые из целей содержат в качестве аргументов чрезмерно большие структуры, которые не представляют особого, интереса, и только отвлекают внимание от действительно интересных аргументов. В этом случае для подавления выдачи ненужной информации можно воспользоваться возможностями предиката portray.