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29. Fehlersuche


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29.1 Quellcode-Debugger

Maxima hat einen Quellcode-Debugger. Es können Unterbrechungspunkte gesetzt werden, um die Ausführung einer Funktion abzubrechen und um schrittweise die Funktion zu testen. Der Stapelspeicher und Variable können untersucht werden.

Das Kommando :help oder :h zeigt eine Liste mit den Debugger-Kommandos. Innerhalb des Debuggers können alle Maxima-Funktionen genutzt werden, um Variablen und Ausdrücke auszugeben, zu definieren oder anderweitig zu manipulieren.

Eine Unterbrechnung wird mit dem Kommando :br gesetzt. Mit dem Kommando :n oder :next wird die nächste Programmzeile ausgeführt. Das Kommando :bt oder :backtrace zeigt eine Liste der Stack Frames. Mit dem Kommando :r oder :resume wird der Debugger verlassen.

Beispiele:

(%i1) load ("/tmp/foobar.mac");

(%o1)                           /tmp/foobar.mac

(%i2) :br foo
Turning on debugging debugmode(true)
Bkpt 0 for foo (in /tmp/foobar.mac line 1) 

(%i2) bar (2,3);
Bkpt 0:(foobar.mac 1)
/tmp/foobar.mac:1::

(dbm:1) :bt                        <-- :bt typed here gives a backtrace
#0: foo(y=5)(foobar.mac line 1)
#1: bar(x=2,y=3)(foobar.mac line 9)

(dbm:1) :n                         <-- Here type :n to advance line
(foobar.mac 2)
/tmp/foobar.mac:2::

(dbm:1) :n                         <-- Here type :n to advance line
(foobar.mac 3)
/tmp/foobar.mac:3::

(dbm:1) u;                         <-- Investigate value of u
28

(dbm:1) u: 33;                     <-- Change u to be 33
33

(dbm:1) :r                         <-- Type :r to resume the computation

(%o2)                                1094

Die im obigen Beispiel geladene Datei /tmp/foobar.mac hat den folgenden Inhalt:

foo(y) := block ([u:y^2],
  u: u+3,
  u: u^2,
  u);
 
bar(x,y) := (
  x: x+2,
  y: y+2,
  x: foo(y),
  x+y);

Nutzung des Debuggers mit Emacs

Wird Maxima unter GNU Emacs in einer Shell ausgeführt oder wird die Nutzeroberfläche Xmaxima verwendet, dann wird in einem zweiten Ausgabefenster die Position einer Unterbrechung im Quellcode angezeigt. Mit dem Emacs-Kommando M-n kann dann schrittweise die Funktion ausgeführt werden.

Um diese Funktionalität zu nutzen, sollte Emacs in einer dbl-Shell ausgeführt werden. Dazu benötigt Emacs die Datei dbl.el im elisp Verzeichnis. Dazu müssen die elisp-Dateien installiert oder das Maxima elisp Verzeichnis bekannt sein. Dazu können die folgenden Kommandos der Datei `.emacs' hinzugefügt werden:

(setq load-path (cons "/usr/share/maxima/5.9.1/emacs" load-path))
(autoload 'dbl "dbl")

Mit dem Emacs-Kommando M-x dbl wird eine Shell gestartet, in der Programme wie Maxima, gcl, gdb u. a. ausgeführt werden können. In dieser Shell kann auch der Maxima-Debugger ausgeführt werden.

The user may set a break point at a certain line of the file by typing C-x space. This figures out which function the cursor is in, and then it sees which line of that function the cursor is on. If the cursor is on, say, line 2 of foo, then it will insert in the other window the command, ":br foo 2", to break foo at its second line. To have this enabled, the user must have maxima-mode.el turned on in the window in which the file foobar.mac is visiting. There are additional commands available in that file window, such as evaluating the function into the Maxima, by typing Alt-Control-x.


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29.2 Debugger-Kommandos

Es gibt spezielle Kommandos, die von Maxima nicht als ein Ausdruck interpretiert werden. Diese Kommandos beginnen mit einem Doppelpunkt : und können in der Kommandozeile oder nach einer Unterbrechung ausgeführt werden. Mit dem Kommando :lisp werden zum Beispiel Lisp-Zeilen ausgewertet:

(%i1) :lisp (+ 2 3)
5

Die Anzahl der Argumente hängt vom jeweiligen Kommando ab. Die Kommandos können mit den ersten zwei Buchstaben abgekürzt werden. Zum Beispiel genügt es :br für das Kommando :break einzugeben.

Die speziellen Kommandos sind folgende:

:break F n

Setzte einen Unterbrechnungspunkt in der Funktion F in der Zeile n vom Anfang der Funktion. Wird F als eine Zeichenkette angegeben, dann wird F als der Name einer Datei angenommen. n ist in diesem Fall die n-te Zeile in der Datei. Wird n nicht angegeben, wird der Wert zu Null angenommen.

:bt

Gebe einen Backtrace des Stack Frames aus.

:continue

Setze die Ausführung der Funktion fort.

:delete

Lösche den spezifizierten Unterbrechnungspunkt oder alle, wenn keiner spezifiziert wird.

:disable

Schalte den spezifierten oder alle Unterbrechnungspunkte ab.

:enable

Schalte den spezifizierten oder alle Unterbrechnungspunkte ein.

:frame n

Gebe den Stack Frame n oder den aktuellen aus, wenn keiner spezifiert wird.

:help

Gebe einen Hilfetext zu einem spezifierten Kommando oder zu allen Kommandos aus, wenn kein Kommando spezifierten wird.

:info

Gebe Information über einen Eintrag aus.

:lisp some-form

Werte some-form als eine Lisp-Form aus.

:lisp-quiet some-form

Werte some-form als eine Lisp-Form aus, ohne eine Ausgabe zu erzeugen.

:next

Wie :step, führt aber Funktionsaufrufe als einen Schritt aus.

:quit

Beende den Debugger.

:resume

Setzte die Ausführung des Programms fort.

:step

Setzte die Auswertung des Programms bis zur nächsten Zeile fort.

:top

Beende die Auswertung und kehre zur Maxima-Eingabe zurück.


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29.3 Funktionen und Variablen der Fehlersuche

Optionsvariable: debugmode

Standardwert: false

Hat die Optionsvariable debugmode den Wert true, wird der Maxima-Debugger gestartet, wenn ein Programmfehler auftritt. Nach der Unterbrechung des Programms kann der Debugger genutzt werden. Siehe das Kapitel Debugger-Kommandos für eine Liste der Kommandos des Debuggers.

Der Maxima-Debugger behandelt keine Lisp-Programmfehler.

Optionsvariable: refcheck

Standardwert: false

Hat refcheck den Wert true, gibt Maxima eine Meldung aus, wenn einer Variablen zum ersten Mal ein Wert zugewiesen wird.

Optionsvariable: setcheck

Standardwert: false

Der Optionsvariablen setcheck kann eine Liste mit den Namen von Variablen zugewiesen werden. Dies können auch indizierte Variablen sein. Immer wenn einer der Variablen mit den Operatoren : oder :: ein Wert zugewiesen wird, gibt Maxima eine Meldung aus, die den Namen der Variablen und den zugewiesenen Wert enthält.

setcheck kann den Wert all oder true erhalten. In diesem Fall wird für alle Variablen eine Meldung ausgegeben.

Jede Zuweisung an setcheck initialisert eine neue Liste mit Variablen. Vorherige Zuweisungen werden überschrieben.

Die Auswertung der Namen der Variablen muss mit dem Quote-Operator ' unterdrückt werden, wenn den Variablen bereits Werte zugewiesen wurden. Haben zum Beispiel die Variablen x, y und z Werte, dann werden die Variablen mit dem folgenden Befehl angegeben:

setcheck: ['x, 'y, 'z]$

Es wird keine Meldung ausgegeben, wenn eine Variable sich selbst zugewiesen wird, zum Beispiel X: 'X.

Optionsvariable: setcheckbreak

Standardwert: false

Hat setcheckbreak den Wert true, startet Maxima den Debugger, wenn einer Variablen, die in der Liste setcheck enthalten ist, ein Wert zugewiesen wird. Die Unterbrechung wird noch vor der Zuweisung des Wertes ausgeführt. Die Variable setval enhält den Wert, der zugewiesen werden soll. Dieser Variablen kann ein anderer Wert zugewiesen werden.

Siehe auch setcheck und setval.

Systemvariable: setval

Enthält den Wert, der einer Variable zugewiesen werden soll, wenn die Zuweisung mit der Optionsvariablen setcheckbreak unterbrochen wurde. setval kann ein anderer Wert zugewiesen werden.

Siehe auch setcheck und setcheckbreak.

Funktion: timer (f_1, …, f_n)
Funktion: timer (all)
Funktion: timer ()

Sammelt Statistiken über die Ausführungszeiten von Funktionen. Die Argumente f_1, …, f_n sind die Namen von Funktionen zu denen Statistiken gesammelt werden. time(g) fügt die Funktion g der Liste an Funktionen hinzu, zu denen Informationen gesammelt werden.

timer(all) fügt alle nutzerdefinierten Funktionen, die in der Informationsliste functions enthalten sind, der Liste der Funktionen hinzu, über die Informationen gesammelt werden.

Wird timer() ohne Argumente aufgerufen, wird eine Liste der Funktionen zurückgeben, über die Informationen gesammelt werden.

Maxima misst die Zeit, die eine Funktion für die Ausführung benötigt. timer_info gibt eine Statistik für alle Funktionen zurück, für die die Ausführungszeiten gemessen werden. Die Statistik enthält die durchschnittliche Ausführungszeit der Funktionen und die Anzahl der Aufrufe der Funktionen. Mit der Funktion untimer wird die Aufzeichnung der Ausführungszeiten beendet.

timer wertet die Argumente nicht aus. Daher werden im Folgenden f(x) := x^2$ g:f$ timer(g)$ für die Funktion f keine Ausführungszeiten aufgezeichnet.

Wird für die Funktion f mit dem Kommando trace(f) der Ablauf verfolgt, hat das Kommando timer(f) keinen Effekt. Für eine Funktion können nicht gleichzeitig Ausführungszeiten aufgezeichnet und der Ablauf verfolgt werden.

Siehe auch timer_devalue.

Funktion: untimer (f_1, …, f_n)
Funktion: untimer ()

untimer beendet die Aufzeichnung von Informationen zur Ausführungszeit für die Funktionen f_1, …, f_n.

Wird untimer ohne Argument aufgerufen, wird die Aufzeichnung für alle Funktionen beendet.

Die aufgezeichneten Informationen zu einer Funktion f können mit dem Kommando timer_info(f) auch dann abgerufen werden, wenn zuvor mit dem Kommando untimer(f) die Aufzeichnung für die Funktion f beendet wurde. Jedoch werden die aufgezeichneten Informationen für die Funktion f nicht mit dem Kommando timer_info() angezeigt. Das Kommando timer(f) setzt alle aufgezeichneten zurück und startet die Aufzeichnung für die Funktion erneut.

Optionsvariable: timer_devalue

Standardwert: false

Hat timer_devalue den Wert true, subtrahiert Maxima bei der Aufzeichnung der Ausführungszeiten die Zeiten, welche eine Funktion in anderen Funktionen verbringt. Ansonsten enthalten die aufgezeichneten Zeiten auch die Ausführungszeiten der Funktionen, die aufgerufen werden.

Siehe auch timer und timer_info.

Funktion: timer_info (f_1, …, f_n)
Funktion: timer_info ()

Gibt eine Tabelle mit den aufgezeichneten Informationen über die Ausführungszeiten der Funktionen f_1, …, f_n zurück. Wird kein Argument angegeben, werden Informationen für alle Funktionen angezeigt, zu denen Informationen aufgezeichnet sind.

Die Tabelle enthält die Namen der Funktionen, die Ausführungszeit pro Aufruf, die Anzahl der Aufrufe, die gesamte Zeit und die gctime-Zeit. Die gctime-Zeit bedeutet "Garbage Collection Time".

Die Daten, die von der Funktion timer_info angezeigt werden, können auch mit der Funktion get erhalten werden:

get(f, 'calls);  get(f, 'runtime);  get(f, 'gctime);

Siehe auch timer.

Funktion: trace (f_1, …, f_n)
Funktion: trace (all)
Funktion: trace ()

Startet die Ablaufverfolgung für die Funktionen f_1, …, f_n. Mit dem Kommando trace(g) kann eine weitere Funktion hinzugefügt werden.

trace(all) startet die Ablaufverfolgung für alle nutzerdefinierten Funktionen, die in der Informationsliste functions enthalten sind.

Das Kommando trace() zeigt eine Liste aller Funktionen für die eine Ablaufverfolgung gestartet wurde.

Mit der Funktion untrace wird die Ablaufverfolgung beendet. Siehe auch trace_options.

trace wertet die Argumente nicht aus.

Die Ablaufverfolgung kann für eine Funktion f nicht gestartet werden, wenn für die Funktion bereits mit der Funktion timer Informationen über die Ausführungszeiten gesammelt werden.

Funktion: trace_options (f, option_1, …, option_n)
Funktion: trace_options (f)

Setzt Optionen für die Ablaufverfolgung einer Funktion f. Bereits vorliegende Optionen werden ersetzt.

trace_options(f) setzt alle Optionen auf die Standardwerte zurück.

Die Optionen sind:

noprint

Gebe keine Meldung beim Eintritt in eine oder dem Austritt aus einer Funktion aus.

break

Setze eine Unterbrechnung vor dem Eintritt in eine Funktion und nach dem Austritt aus einer Funktion. Siehe break.

lisp_print

Zeige die Argumente und Rückgabewerte in der Lisp-Syntax an.

info

Gebe -> true beim Eintritt in und Austritt aus einer Funktion aus.

errorcatch

Catch errors, giving the option to signal an error, retry the function call, or specify a return value.

Es können bedingte Optionen für die Ablaufverfolgung definiert werden. Dazu wird eine Option zusammen mit einer Aussagefunktion angegeben. Die Argumente der Aussagefunktion für eine bedingte Option sind immer [level, direction, function, item]. level ist die Rekursionstiefe der Funktion, direction enthält die Werte enter oder exit, function ist der Name der Funktion und item ist eine Liste der Argumente oder der Rückgabewert beim Verlassen der Funktion.

Dies ist ein Beispiel für eine Ablaufverfolgung ohne Bedingungen:

(%i1) ff(n) := if equal(n, 0) then 1 else n * ff(n - 1)$

(%i2) trace (ff)$

(%i3) trace_options (ff, lisp_print, break)$

(%i4) ff(3);

In diesem Fall wird eine Aussagefunktion für eine bedingte Ablaufverfolgung angegeben:

(%i5) trace_options (ff, break(pp))$

(%i6) pp (level, direction, function, item) := block (print (item),
    return (function = 'ff and level = 3 and direction = exit))$

(%i7) ff(6);

Funktion: untrace (f_1, …, f_n)
Funktion: untrace ()

Beendet die Ablaufverfolgung für die Funktionen f_1, …, f_n. Das Kommando untrace() beendet die Ablaufverfolgung für alle Funktionen.

untrace gibt eine Liste der Funktionen zurück, für die die Ablaufverfolgung beendet wurde.


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