Débogueurs : des outils essentiels pour la recherche des erreurs dans un logiciel

Toute personne apprenant la programmation finira par tomber sur le terme « débogage ». Ce processus consiste en un examen complet du code source d’un programme informatique visant à détecter les erreurs présentes dans le code. Si vous souhaitez que le logiciel développé fonctionne de la façon désirée sur toutes les plateformes et tous les appareils cibles souhaités, l’utilisation d’un débogueur est incontournable. Dans l’article suivant, vous découvrirez ce qu’est exactement un débogueur, comment ces programmes pratiques fonctionnent et dans quels domaines ils sont utilisés.

Un débogueur, ou debugger, est un programme informatique permettant de détecter et de diagnostiquer les erreurs dans les logiciels. L’objectif d’un tel outil est de garantir durablement la fonctionnalité du logiciel examiné sur l’ensemble des appareils et des plateformes cibles. C’est pourquoi de nombreux débogueurs vérifient non seulement le code source, mais aussi l’interaction avec le système d’exploitation procédant à l’exécution et le matériel sous-jacent. Le processus de débogage est effectué directement pendant l’exécution, aussi n’est-il pas nécessaire d’arrêter le logiciel examiné pour la vérification.

Le terme « débogage » vient du préfixe dé- et du terme « bogue » (de l’anglais « bug », fr. « insecte »). Dans le développement logiciel, le terme « bug » est utilisé depuis des décennies pour désigner les différents types d’erreurs dans les programmes. Au 19^e siècle, ce terme était déjà répandu chez les ingénieurs pour désigner un fonctionnement erroné. Par analogie, on désigne la correction des erreurs d’un logiciel par le terme « bugfix ».

Un logiciel parfait ne comportant aucune erreur n’existe pas. Par conséquent, il est pratiquement indispensable de procéder à une optimisation quotidienne. La plupart du temps, le principal problème n’est pas de déterminer les processus erronés dans le déroulement du programme mais d’en trouver la cause exacte. Une parenthèse mal placée ou un opérateur mal utilisé peuvent empêcher qu’un programme fonctionne de la façon attendue. Toutefois, au vu des centaines voire des milliers de lignes de code, une recherche manuelle, caractère par caractère, n’apporterait que peu de résultats. C’est pourquoi les débogueurs modernes indiquent non seulement qu’un problème a été trouvé, mais fournissent aussi des informations détaillées sur le type d’erreur et souvent sur la ligne de code dans laquelle l’erreur peut être trouvée.

En général, les débogueurs parcourent le code du programme en procédant étape par étape. Des points d’arrêt (angl. « breakpoints ») sont définis à cette fin dans le logiciel à déboguer. L’outil de débogage identifie ces points et peut les utiliser pour arrêter l’exécution du logiciel à cet endroit. Les développeurs ont alors deux possibilités :

• examiner l’état exact du programme à ce moment précis. Les développeurs peuvent ainsi vérifier en toute simplicité si toutes les variables intégrées renvoient les valeurs attendues.
   
• exécuter le programme à partir du point d’arrêt concerné afin de limiter les éventuels problèmes ou les éventuelles sources d’erreurs.

Les points d’arrêt ne doivent pas nécessairement être fixes : de nombreux debuggers permettent d’associer des conditions individuelles aux points d’arrêt. Le programme peut ainsi être arrêté si certaines conditions se produisent. Par exemple, si une boucle réalise 20 cycles correctement et qu’une erreur se produit uniquement au 21^e cycle, le débogueur peut s’attaquer directement au problème grâce à la condition correspondante. Ceci permet d’éviter de réaliser à nouveau les boucles précédentes qui se déroulent sans incident.

Parmi les autres fonctionnalités des débogueurs, on trouve notamment l’inspection des données – par exemple les contenus des variables – ainsi que l’enregistrement, le répertoriage et la modification des mémoires, telles que la mémoire principale (mémoire vive) ou le registre du processeur.

L’utilisation précise d’un débogueur pour vérifier les erreurs dépend d’une part de l’outil utilisé et d’autre part du système d’exploitation sur lequel le logiciel et le débogueur sont exécutés. L’utilisateur indique à l’outil de vérification le processus auquel il doit être lié (un identifiant de processus ou un nom). Dans ce dernier cas, le débogueur se renseigne tout d’abord sur l’identifiant du processus correspondant. La session de débogage est ensuite initiée via un appel de système.

On distingue généralement deux approches différentes pour l’utilisation des outils de débogage :

• le processus de vérification se déroule à l’intérieur du système sur lequel le logiciel à vérifier est exécuté ;
   
• le processus de vérification n’est pas démarré sur l’ordinateur sur lequel le logiciel à vérifier est exécuté mais depuis un système distant. On appelle ce processus débogage à distance.

Lorsque des modifications sont apportées au code source d’un logiciel pendant l’exécution, les debuggers modernes sont souvent capables de les intégrer lors de la vérification des erreurs. Ce débogage « juste à temps » est particulièrement intéressant lors du premier stade de développement d’un logiciel puisque les petites erreurs mais aussi les erreurs importantes ne sont pas rares à ce moment du développement. Le fait que les environnements de développement des divers langages de script et des frameworks disposent d’un débogueur intégré n’est pas le fruit du hasard.

De façon générale, on constate ce qui suit lorsque l’on s’intéresse aux débogueurs ou au débogage : que vous souhaitiez programmer, développer ou tester un script simple, un processus individuel, un module, un programme complexe ou un système d’exploitation complet, l’utilisation de ce procédé de vérification pratique est indispensable pour obtenir un code fonctionnant sans provoquer d’erreur sur la durée.

L’utilisation d’un débogueur adapté dans un logiciel présente des avantages pour les développeurs mais pas uniquement : conçu et configuré de façon adéquate, cet outil peut par exemple servir d’intermédiaire entre l’utilisateur du programme et le développeur lorsque des erreurs se produisent lors de l’utilisation. Les rapports du débogueur permettent en effet aux développeurs de mieux saisir où le programme plante et comment l’utilisateur peut résoudre le problème avec le logiciel. D’autre part, selon le programme, le débogueur et la gravité de l’erreur, un outil de débogage mis à disposition avec le logiciel peut parfois permettre à l’utilisateur de résoudre l’erreur par lui-même.