Bài giảng Kỹ thuật lập trình - Bài 8: Lập trình phòng ngừa

Trịnh Thành Trung (ThS)

[email protected]u.vn

Bài 8

LẬP TRÌNH PHÒNG NGỪA

Nội dung

1. Khái niệm

2. Phòng ngừa sai sót về dữ liệu

3. Xử lý lỗi

4. Bảo đảm

1.

Khái niệm

Lập trình phòng ngừa

Lập trình

phòng ngừa

Defensive

Programming

=

Defensive

driving

Lập trình phòng ngừa

Defensive programming

▪ Ý tưởng chính: nếu chương trình (CTC) nhận dữ liệu

vào bị lỗi thì nó vẫn chạy thông, ngay cả khi chương

trình khác cũng nhận dữ liệu đầu vào đó đã bị lỗi.

▪ Lập trình phòng ngừa là cách tự bảo vệ chương trình

của mình khỏi

▫ các ảnh hưởng tiêu cực của dữ liệu không hợp lệ

▫ các rủi ro đến từ các sự kiện tưởng như "không bao giờ"

xảy ra

▫ sai lầm của các lập trình viên khác

Các lỗi có thể

phòng ngừa

▪ Lỗi liên quan đến phần cứng

▫ Đảm bảo các lỗi như buffer overflows hay divide by zero được kiểm

soát

▪ Lỗi liên quan đến chương trình

▫ Đảm bảo giá trị gán cho các biến luôn nằm trong vùng kiểm soát

▫ Do not trust anything; verify everything

▪ Lỗi liên quan đến người dùng

▫ Đừng cho rằng người dùng luôn thực hiện đúng các thao tác theo chỉ

dẫn, hãy kiểm tra mọi thao tác của họ

▪ Lỗi liên quan đến các kỹ thuật phòng ngừa!

▫ Mã nguồn cài đặt các kỹ thuật phòng ngừa cũng có khả năng gây lỗi,

kiểm tra kỹ phần này

Các giai đoạn

lập trình phòng ngừa

▪ Lập kế hoạch thực hiện công việc:

▫ Dành thời gian để kiểm tra và gỡ rối chương trình cẩn thận : hoàn

thành chương trình trước ít nhất 3 ngày so với hạn nộp

▪ Thiết kế chương trình:

▫ Thiết kế giải thuật trước khi viết bằng ngôn ngữ lập trình cụ thể

▪ Giữ vững cấu trúc chương trình:

▫ Viết và kiểm thử từng phần chương trình: phần chương trình nào

dùng để làm gì

▫ Viết và kiểm thử mối liên kết giữa các phần trong chương trình: quy

trình nghiệp vụ như thế nào

▫ Phòng ngừa bằng các điều kiện trước và sau khi gọi mỗi phần chương

trình: điều gì phải đúng trước khi gọi chương trình, điều gì xảy ra sau

khi chương trình thực hiện xong

▫ Dùng chú thích để miêu tả cấu trúc chương trình khi viết chương trình

Kiểm tra cái gì,

khi nào?

▪ Testing: chỉ ra các vấn đề làm chương trình không chạy

▪ Kiểm tra theo cấu trúc của chương trình: Kiểm tra việc thực

hiện các nhiệm vụ đặt ra cho từng phần chương trình

▫ Ví dụ: điều gì xảy ra với chương trình căn lề văn bản, nếu hàm

ReadWord() bị lỗi ?

▪ Nếu chương trình không có tham số đầu vào, mà chỉ thực thi

nhiệm vụ và sinh ra kết quả thì không cần kiểm tra nhiều.

Hầu hết chương trình đều không như vậy

▫ Ví dụ: điều gì xảy ra với chương trình căn lề văn bản, nếu

▸ Không nhập đầu vào ?

▸ Đầu vào không phải là xâu/file chứa các từ hay chữ cái đúng quy

định ?

Kiểm soát lỗi

có thể xảy ra

▪ Error handling: xử lý các lỗi mà ta dự kiến sẽ xảy ra

▪ Tùy theo tình huống cụ thể, ta có thể trả về:

▫ một giá trị trung lập

▫ thay thế đoạn tiếp theo của dữ liệu hợp lệ

▫ trả về cùng giá trị như lần trước

▫ thay thế giá trị hợp lệ gần nhất

▫ ghi vết một cảnh báo vào tệp

▫ trả về một mã lỗi

▫ gọi một thủ tục hay đối tượng xử lý

▫ hiện một thông báo hay tắt máy

Chắc chắn hay

chính xác?

▪ Chắc chắn: chương trình luôn chạy thông, kể cả khi có lỗi

▪ Chính xác: chương trình không bao giờ gặp lại lỗi

▪ Ví dụ: Lỗi hiện thị trong các trình xử lý văn bản: khi đang

thay đổi nội dung văn bản, thỉnh thoảng một phần của một

dòng văn bản ở phía dưới màn hình bị hiện thị sai. Khi đó

người dùng phải làm gì?

▫ Tắt chương trình

▫ Nhấn PgUp hoặc PgDn, màn hình sẽ làm mới

Ưu tiên tính chắc chắn thay vì tính chính xác:

▫ Bất cứ kết quả nào đó bao giờ cũng thường là tốt hơn so với

Shutdown.

Khi nào phải

loại bỏ hết lỗi

▪ Đôi khi, để loại bỏ một lỗi nhỏ, lại rất tốn kém

▫ Nếu lỗi đó chắc chắn không ảnh hưởng đến mục đích cơ bản của

ứng dụng, không làm chương trình bị treo, hoặc làm sai lệch kết

quả chính, người ta có thể bỏ qua, mà không cố sửa để có thể gặp

phải các nguy cơ khác.

▪ Phần mềm “chịu lỗi”?: Phần mềm sống chung với lỗi, để đảm

bảo tính liên tục, ổn định

2.

Phòng ngừa sai sót về dữ liệu

Kiểm tra tham số đầu vào, điều kiện biên, tràn số...

Kiểm tra

tham số đầu vào

▪ Một phần chương trình chạy thông một lần không có nghĩa

là lần tiếp theo nó sẽ chạy thông.

▪ Chương trình trả ra kết quả đúng với đầu vào 'n' không có

nghĩa là nó sẽ trả ra kết quả đúng với đầu vào ‘m’ <> ‘n’.

▪ Vậy chương trình có thực sự chạy thông không ?

▫ Với bất cứ đầu vào nào chương trình cũng phải chạy thông,

không bị “crash”. Nếu có lỗi thì chương trình phải dừng và thông

báo lỗi

▫ Bạn có thể biết chương trình có chạy thông hay không khi kiểm

tra chương trình bằng các tham số đầu vào sai

Tham số

đầu vào sai

▪ Trong thực tiễn: “Garbage in, garbage out.” – GIGO

▪ Trong lập trình, “rác vào  rác ra” là dấu hiệu của những

chương trình tồi, không an toàn

▪ Với một chương trình tốt thì:

▫ rác vào  không có gì ra

▫ rác vào  có thông báo lỗi

▫ không cho phép rác vào

Phòng ngừa lỗi

tham số vào

▪ Kiểm tra giá trị đầu vào

▫ Kiểm tra giá trị của tất cả các tham số truyền vào các hàm

▫ Kiểm tra dữ liệu nhập từ nguồn ngoài khác

▪ Quyết định kiểm soát đầu vào không hợp lệ

▫ Khi phát hiện một tham số hay một dữ liệu không hợp lệ, cần

làm gì với nó?

▸ Chọn một trong các phương án phù hợp tình huống thực tế

Phòng ngừa lỗi

tham số vào

▪ Kiểm tra giá trị của mọi dữ liệu từ nguồn bên ngoài

▫ Khi nhận dữ liệu từ file, bàn phím, mạng, hoặc từ các nguồn ngoài

khác, hãy kiểm tra để đảm bảo rằng dữ liệu nằm trong giới hạn cho

phép.

▫ Hãy đảm bảo rằng giá trị số nằm trong dung sai và xâu phải đủ ngẵn

để xử lý

▸ Nếu một chuỗi cần trong một phạm vi giới hạn của các giá trị (như

một ID giao dịch tài chính…), hãy chắc chắn rằng chuỗi đầu vào là hợp

lệ cho mục đích của nó; nếu không từ chối.

▫ Với ứng dụng bảo mật, hãy đặc biệt lưu ý đến những dữ liệu có thể tấn

công hệ thống: Cố làm tràn bộ nhớ, injected SQL commands, injected

html hay XML code, tràn số …

Ví dụ

Chương trình tính giá trị trung bình

double avg (double a[], int n)

/* a là mảng gồm n số kiểu doubles */

{

int i;

double sum= 0;

for (i= 0; i < n; i++) {

sum+= a[i];

}

return sum/n;

}

Phòng ngừa lỗi

tham số vào

▪ Trong một số trường hợp, phải viết thêm các đoạn mã

nguồn để lọc giá trị đầu vào trước khi tính toán

void class_of_degree (char degree[], double percent)

/* Xếp hạng sinh viên dựa vào tổng điểm tính theo % */

{

if (percent < 0 || percent > 100)

strcpy(degree,"Error in mark");

else if (percent >= 70)

strcpy(degree,"First");

else if (percent >= 60)

strcpy(degree,"Two-one");

....

Thêm các

dòng này vào

để báo lỗi

}

Kiểm tra

điều kiện biên

▪ Điều gì xảy ra nếu giá trị đầu vào quá lớn hay quá nhỏ?

▪ Hãy chắc chắn là chương trình của bạn có thể đối phó với

các tham số đầu vào kiểu này

▪ Luôn kiểm tra trường hợp “divide by zero error”

▪Arian 5

▪Chi phí phát triển: 7 tỷ USD

Tràn số

Overflow

▪Phụ kiện hàng hóa đi kèm : 370 triệu USD

▪Thực hiện chuyển đổi 64 bit dấu phẩy động sang 16 bit số nguyên:

▪Việc chuyển đổi không thành công do tràn số

▪04/06/1996: 37 giây sau khi phóng, nổ ở độ cao 3700m