iOS開發(fā)中，如何合理地制造“BUG”并且查找BUG
什么是BUG，簡單點說就是，程序沒有按照我們預想的方式運行。我比較喜歡把BUG分成兩類：
- Crash掉的
- 沒有Crash掉的
可能在平時的編程實踐中，往往簡單的把BUG與Crash基本等價了。而且我們很多精力也都放在解決Crash的Bug上面。而對于沒有Crash 掉的BUG，似乎沒有過多的關注。但是，實際情況上那些讓人痛徹心扉的“天坑”往往是那些沒有Crash掉的BUG造成的，比如前一段時間OpenSSL 心臟大出血。為什么這么說呢？且聽我慢慢道來。
如何合理的制造BUG
Crash掉的BUG，用程序的死證明了你的程序存在問題，你必須抓緊時間來解決程序的問題了。而沒有Crash掉的Bug，像是一個善于撒謊的 人，偽裝成可以正常運轉的樣子，讓整個程序運行在一個不穩(wěn)定的狀態(tài)下。雖然外表看起來好好地（沒有crash），但是里子早就爛透了，一旦報露出問題往往 是致命的，比如OpenSSL的心臟大出血。這就是前人總結的“死程序不說謊”。
Crash不可怕，可怕的是程序沒有Crash而是運行在一個不穩(wěn)定的狀態(tài)下，如果程序還操作了數(shù)據(jù)，那帶來的危害將是災難性的。
所以放心的讓程序Crash掉吧，因為當他Crash掉的時候，你還有機會去修正自己的錯誤。如果沒有Crash，那就有可能要給整個程序和產品收 尸了。因此合理制造“BUG”的原則之一，也是最大的原則就是：盡量制造Crash的BUG，減少沒有Crash的BUG，如果有可能將沒有Crash掉 的Bug轉換成Crash的BUG以方便查找。
NSAssert
這個應該都比較熟悉，他的名字叫做“斷言”。斷言（assertion）是指在開發(fā)期間使用的、讓程序在運行時進行自檢的代碼（通常是一個子程序或 宏）。斷言為真，則表明程序運行正常，而斷言為假，則意味著它已經在代碼中發(fā)現(xiàn)了意料之外的錯誤。斷言對于大型的復雜程序或可靠性要求極高的程序來說尤其 有用。而當斷言為假的時候，幾乎所有的系統(tǒng)的處理策略都是，讓程序死掉，即Crash掉。方便你知道，程序出現(xiàn)了問題。
斷言其實是“防御式編程”的常用的手段。防御式編程的主要思想是：子程序應該不因傳入錯誤數(shù)據(jù)而被破壞，哪怕是由其他子程序產生的錯誤數(shù)據(jù)。這種思 想是將可能出現(xiàn)的錯誤造成的影響控制在有限的范圍內。斷言能夠有效的保證數(shù)據(jù)的正確性，防止因為臟數(shù)據(jù)讓整個程序運行在不穩(wěn)定的狀態(tài)下面。
關于如何使用斷言，還是參考《代碼大全2》中“防御式編程”一章。這里簡單的做了一點摘錄，概括其大意：
1. 用錯誤處理代碼來處理預期會發(fā)生的狀況，用斷言來處理絕不應該發(fā)生的狀況。
2. 避免把需要執(zhí)行的代碼放到斷言中
3. 用斷言來注解并驗證前條件和后條件
4. 對于高健壯性的代碼，應該先使用斷言再處理錯誤
5. 對來源于內部系統(tǒng)的可靠的數(shù)據(jù)使用斷言，而不要對外部不可靠的數(shù)據(jù)使用斷言，對于外部不可靠數(shù)據(jù)，應該使用錯誤處理代碼。
而在iOS編程中，我們可以使用NSAssert來處理斷言。比如：
- - (void)printMyName:(NSString *)myName
- {
- NSAssert(myName == nil, @"名字不能為空！");
- NSLog(@"My name is %@.",myName);
- }
我們驗證myName的安全性，需要保證其不能為空。NSAssert會檢查其內部的表達式的值，如果為假則繼續(xù)執(zhí)行程序，如果不為假讓程序Crash掉。
每一個線程都有它自己的斷言捕獲器（一個NSAssertionHanlder的實例），當斷言發(fā)生時，捕獲器會打印斷言信息和當前的類名、方法名等信息。然后拋出一個NSInternalInconsistencyException異常讓整個程序Crash掉。并且在當前線程的斷言捕獲器中執(zhí)行handleFailureInMethod:object:file:lineNumber:description:以上述信息為輸出。
當時，當程序發(fā)布的時候，不能把斷言帶入安裝包，你不想讓程序在用戶機器上Crash掉吧。打開和關閉斷言可以在項目設置中設置：
在release版本中設置了NS_BLOCK_ASSERTIONS之后斷言失效。
盡可能不要用Try-Catch
并不是說Try-Catch這樣的異常處理機制不好。而是，很多人在編程中，錯誤了使用了Try-Catch，把異常處理機制用在了核心邏輯中。把其當成了一個變種的GOTO使用。把大量的邏輯寫在了Catch中。弱弱的說一句，這種情況干嘛不用ifelse呢。
而實際情況是，異常處理只是用戶處理軟件中出現(xiàn)異常的情況。常用的情況是子程序拋出錯誤，讓上層調用者知道，子程序發(fā)生了錯誤，并讓調用者使用合適的策略來處理異常。一般情況下，對于異常的處理策略就是Crash，讓程序死掉，并且打印出堆棧信息。
而在iOS編程中，拋出錯誤的方式，往往采用更直接的方式。如果上層需要知道錯誤信息，一半會傳入一個NSError的指針的指針：
- - (void) doSomething:(NSError* __autoreleasing*)error
- {
- ...
- if(error != NULL)
- {
- *error = [NSError new];
- }
- ....
- }
而能夠留給異常處理的場景就極少了，所以在iOS編程中盡量不要使用Try-Catch。
（PS：見到過使用Try-Catch來防止程序Crash的設計，如果不是迫不得已，盡量不要使用這種策略）
盡量將沒有Crash掉的BUG，讓它Crash掉
上面主要講的是怎么知道Crash的“BUG”。對于合理的制造“BUG”還有一條就是盡量把沒有Crash掉的“BUG”，讓他Crash掉。這 個沒有比較靠譜的方法，靠暴力吧。比如寫一些數(shù)組越界在里面之類的。比如那些難調的多線程BUG，想辦法讓他Crash掉吧，crash掉查找起來就比較 方便了。
總之，就是抱著讓程序“死掉”的心態(tài)去編程，向死而生。
如何查找BUG
其實查找BUG這個說法，有點不太靠譜。因為BUG從來都不需要你去找，他就在那里，只增不減。都是BUG來找你，你很少主動去找BUG。程序死 了，然后我們就得加班加點。其實我們找的是發(fā)生BUG的原因。找到引發(fā)BUG的罪魁禍首。說的比較理論化一點就是：在一堆可能的原因中，找到那些與BUG 有因果性的原因（注意，是因果性，不是相關性）。
于是解決BUG一般可以分兩步進行：
- 合理性假設，找到可能性最高的一系列原因。
- 對上面找到的原因與BUG之間的因果性進行分析。必須確定，這個BUG是由某個原因引起的，而且只由改原因引起。即確定特定原因是BUG的充分必要條件。
找到原因之后，剩下的事情就比較簡單了，改代碼解決掉。
合理性假設
其實，BUG發(fā)生的原因可以分成兩類：
- 我們自己程序的問題。
- 系統(tǒng)環(huán)境，包括OS、庫、框架等的問題。
前者找到了，我們可以改。后者就比較無能為力了，要么發(fā)發(fā)牢騷，要么email開發(fā)商，最后能不能被改掉就不得而知了。比如iOS制作framework的時候，category會報方法無法找的異常，到現(xiàn)在都沒有解決掉。
當然，一般情況下導致程序出問題的原因的99.999999%都是我們自己造成的。所以合理性假設第一條：
首先懷疑自己和自己的程序，其次懷疑一切。
而程序的問題，其實就是開發(fā)者自己的問題。畢竟BUG是程序員的親子親孫，我們一手創(chuàng)造了BUG。而之所以能夠創(chuàng)造BUG，開發(fā)者的原因大致有三：
- 知識儲備不足，比如iOS常見的空指針問題，發(fā)現(xiàn)很多時候就是因為對于iOS的內存管理模型不熟悉導致。
- 錯心大意，比較典型的就是數(shù)組越界錯誤。還有在類型轉化的時候沒注意。比如下面這個程序：
- //array.count = 9
- for (int i = 100; array.count - (unsigned int)i > 10 ; )
- {
- i++
- .....
- }
- 邏輯錯誤
這個就是思維方式的問題，但是也是問題最嚴重的。一旦發(fā)生，很難查找。人總是最難懷疑自己的思維方式。比如死循環(huán)的問題，最嚴重的是函數(shù)間的循環(huán)引用，還有多線程的問題。
按道理講，這應該是個可以正常執(zhí)行的程序，但是你運行的話是個死循環(huán)。可能死循環(huán)的問題，你改了很多天也沒解決。直到同事和你說array.count返回的是NSUInterge，當與無符號整形相間的時候，如果出現(xiàn)負值是回越界的啊。你才恍然大悟：靠，類型的問題。
但是慶幸的是絕大多數(shù)的BUG都是由于知識儲備不足和粗心大意造成的。所以合理性假設的第二條：
首先懷疑基礎性的原因，比如自己知識儲備和粗心大意等人為因素，通過這些原因查找具體的問題。之后再去懷疑難處理的邏輯錯誤。
有了上面的合理性懷疑的一些基本策略，也不能缺少一些基本的素材啊。就是常見的Crash原因，最后我們還是得落地到這些具體的原因或者代碼上，卻找與BUG的因果性聯(lián)系。
訪問了一個已經被釋放的對象，比如
- NSObject * aObj = [[NSObject alloc] init];
- [aObj release];
- NSLog(@"%@", aObj);
- 訪問數(shù)組類對象越界或插入了空對象
- 訪問了不存在的方法
- 字節(jié)對齊,(類型轉換錯誤)
- 堆棧溢出
- 多線程并發(fā)操作
- Repeating NSTimer
合理性假設第三條：盡可能的查找就有可能性的具體原因。
因果性分析
首先必須先說明的是，我們要找的是“因果性”而不是“相關性“。這是兩個極度被混淆的概念。而且，很多時候我們錯誤的把相關性當成了因果性。比如， 在解決一個多線程問題的時候，發(fā)現(xiàn)了一個數(shù)據(jù)混亂的問題，但是百思不得其解。終于，有一天你意外的給某個對象加了個鎖，數(shù)據(jù)就正常了。然后你就說這個問題 是這個對象沒有枷鎖導致的。
但是，根據(jù)上述你的分析，只能夠得出該對象枷鎖與否與數(shù)據(jù)異常有關系，而不能得出就是數(shù)據(jù)異常的原因。因為你沒能證明對象加鎖是數(shù)據(jù)異常的充分必要 條件，而只是使用了一個單因變量實驗，變量是枷鎖狀態(tài)，取值x=[0，1],x為整形。然后實驗結果是枷鎖與否與數(shù)據(jù)異常呈現(xiàn)正相關性。
- 相關性：在概率論和統(tǒng)計學中，相關（Correlation，或稱相關系數(shù)或關聯(lián)系數(shù)），顯示兩個隨機變量之間線性關系的強度和方向。在統(tǒng)計學中，相關的意義是用來衡量兩個變量相對于其相互獨立的距離。在這個廣義的定義下，有許多根據(jù)數(shù)據(jù)特點而定義的用來衡量數(shù)據(jù)相關的系數(shù)。
- 因果性：因果是一個事件（即“因”）和第二個事件（即“果”）之間的關系，其中后一事件被認為是前一事件的結果。
錯誤的把相關性等價于因果性。不止是程序員，幾乎所有人常見的邏輯錯誤。為了加深認識，可以看一下這篇小科普：相關性 ≠ 因果性。
因果性分析的首要問題就是，別被自己的邏輯錯誤欺騙，正確的分辨出相關性和因果性之間的區(qū)別。不要把相關性等價于因果性。
之后便是因果性分析的內容了，之前一直反復說，因果性分析的目的就是確定特定原因是BUG發(fā)生的充分必要條件。那么確定這個事情，就需要兩步：
- 充分性證明
- 必要性證明
關于充分性證明，這個基本上就是正常的邏輯推理。基本思路就是，能夠還原出BUG出現(xiàn)的路徑，從原因到BUG發(fā)生處的代碼，走了怎樣的函數(shù)調用和控制邏輯。確定了這個基本上就能夠證明充分性。一般情況下根據(jù)Crash的堆棧信息能夠，非常直接的證明充分性。
關于必要性證明，這個就比較困難了。充分性和必要性的定義如下：當命題“若A則B”為真時，A稱為B的充分條件，B稱為A的必要條件。那么必要性就 是，BUG能夠作為導致BUG的原因的原因。這個說法比較拗口。換種說法，就是你得確認這個BUG能夠解釋原因，這個BUG就是而且只是這個原因造成的。
只有證明了充分必要性，才能算是真正找到了BUG的原因。
參考：
