أنواع الأخطاء وأدوات التشخيص

١الأخطاء جزء طبيعي من البرمجة

لا يوجد مبرمج لا يخطئ. الفرق بين المبتدئ والمحترف أن المحترف يعرف نوع الخطأ بسرعة ويعرف أين يبحث عنه. يُسمّى الخطأ في البرنامج Bug، وتُسمّى عملية البحث عنه وإصلاحه Debugging أي التصحيح.

تنقسم أخطاء البرامج إلى ثلاثة أنواع رئيسية:

٢أخطاء الصياغة Syntax Errors

تحدث عندما نخالف قواعد كتابة اللغة، كما يخطئ الطالب في الإملاء أو النحو. المترجم يرفض ترجمة البرنامج، فلا يعمل أبدًا حتى نصلح الخطأ. وتظهر في NetBeans بخط أحمر متعرّج وعلامة ❗ بجانب رقم السطر.

١. نسيان الفاصلة المنقوطة

public class Main {    public static void main(String[] args) {        int x = 10        System.out.println(x);    }}

٢. متغير غير معرّف أو مكتوب بشكل خاطئ

public class Main {    public static void main(String[] args) {        int total = 5;        System.out.println(totl);    }}

٣. عدم توافق الأنواع

public class Main {    public static void main(String[] args) {        int n = "ten";    }}

٣أخطاء زمن التنفيذ Runtime Errors

البرنامج صحيح الصياغة ويبدأ العمل، لكنه يواجه موقفًا لا يستطيع التعامل معه فيتوقف فجأة. تسمّى هذه الأخطاء في جافا استثناءات Exceptions. لاحظ أن الأسطر قبل الخطأ تُنفَّذ، وما بعده لا يُنفَّذ.

١. القسمة على صفر

public class Main {    public static void main(String[] args) {        int a = 10, b = 0;        System.out.println("قبل القسمة");        System.out.println(a / b);        System.out.println("بعد القسمة");    }}

٢. إدخال من نوع غير متوقع

البرنامج ينتظر رقمًا صحيحًا من nextInt()، لكن المستخدم كتب كلمة:

import java.util.Scanner;public class Main {    public static void main(String[] args) {        Scanner in = new Scanner(System.in);        System.out.println("ادخل عمرك:");        int age = in.nextInt();        System.out.println("عمرك " + age);    }}

سنتعلم في الدرس 16 قراءة رسالة الاستثناء سطرًا سطرًا لمعرفة نوع الخطأ ورقم السطر الذي حدث فيه.

٤الأخطاء المنطقية Logic Errors

أخطرها وأصعبها: البرنامج يُترجَم ويعمل دون أي رسالة خطأ، لكن النتيجة خاطئة. المترجم لا يعرف ماذا تقصد، بل ينفذ ما كتبته حرفيًّا.

١. نسيان الأقواس في حساب المتوسط

int a = 80, b = 90;double avg = a + b / 2;System.out.println(avg);  // 125.0 ✗

int a = 80, b = 90;double avg = (a + b) / 2.0;System.out.println(avg);  // 85.0 ✓

القسمة تُنفَّذ قبل الجمع، فيصبح الحساب 80 + 45 = 125. الأقواس تفرض الجمع أولًا.

٢. شرط حدّه خاطئ

int grade = 60;if (grade > 60)    System.out.println("ناجح");else    System.out.println("راسب");  // راسب ✗

int grade = 60;if (grade >= 60)    System.out.println("ناجح");  // ناجح ✓else    System.out.println("راسب");

الطالب الحاصل على 60 ناجح، لكن الشرط > يستبعده. الخطأ يظهر فقط عند القيمة الحدّية 60.

٣. حلقة تنقص مرة أو تزيد مرة (Off-by-one)

int sum = 0;for (int i = 1; i < 5; i++)    sum = sum + i;System.out.println(sum);  // 10 ✗

int sum = 0;for (int i = 1; i <= 5; i++)    sum = sum + i;System.out.println(sum);  // 15 ✓

المطلوب جمع الأعداد من 1 إلى 5، لكن الشرط i < 5 يتوقف عند 4.

٥أداة التشخيص ١: عبارات الطباعة

أبسط أداة وأسرعها: نضيف أوامر طباعة مؤقتة تعرض قيم المتغيرات في نقاط مهمة، فنرى ماذا يحدث داخل البرنامج فعلًا. نبدأ الرسالة بكلمة مميزة مثل DEBUG لنعرف أنها للتشخيص فقط.

int sum = 0;for (int i = 1; i < 5; i++) {    sum = sum + i;    System.out.println("DEBUG: i=" + i + " sum=" + sum);}System.out.println("المجموع = " + sum);

من الطباعة نرى فورًا أن الحلقة توقفت عند i=4 ولم تصل إلى 5. إذن الخطأ في شرط الحلقة. بعد الإصلاح نحذف أسطر التشخيص.

٦أداة التشخيص ٢: نقاط التوقف Breakpoints

المنقّح (Debugger) في NetBeans يسمح لك بإيقاف البرنامج عند سطر محدد، ثم تنفيذه سطرًا سطرًا ومراقبة قيم المتغيرات دون إضافة أي أوامر طباعة.

جرّب محاكاة المنقّح

اضغط «التالي» كأنك تضغط F8 في NetBeans، وراقب نافذة المتغيرات:

int price = 200;int qty = 3;int total = price * qty;if (total > 500)    total = total - 50;System.out.println(total);

٧تتبّع التنفيذ خطوة بخطوة

البرنامج التالي يجب أن يعدّ الأعداد الزوجية من 1 إلى 6، ويطبع 3، وهو فعلًا يطبع 3! هل هو صحيح؟ تتبّعه خطوة بخطوة:

int count = 0;for (int i = 1; i <= 6; i++) {    if (i % 2 == 1)        count++;}System.out.println("عدد الزوجيات = " + count);

الدرس المهم: نتيجة صحيحة مع مدخلات واحدة لا تعني أن البرنامج صحيح. جرّب الحدّ 7 بدل 6: الصحيح 3 زوجيات، والبرنامج يطبع 4.

جدول التتبّع اليدوي Dry Run

بدون حاسب نستطيع تتبّع البرنامج بجدول: عمود لكل متغير وعمود للشرط وعمود للناتج. هذه أقوى أداة تصحيح لأنها تجبرك على التفكير مثل الحاسب.

الجدول يكشف فورًا أن count يزيد مع 1 و 3 و 5، أي الفرديات. الإصلاح: i % 2 == 0.