pi-16. プログラムのテスト, アサーション, 例外処理

pi-16. プログラムのテ スト，アサーション， 例外処理 トピックス：プログラムの設計レシピ，種々のエ ラー，プログラムのテスト，アサーション，例外 処理 URL: https://www.kkaneko.jp/pro/pi/index.html （Java の基本，スライド資料とプログラム例） 金子邦彦 1

• https://www.kkaneko.jp/pro/pi/index.html

今回の内容 • プログラム設計レシピでは，プログラムの作成を，① 分析，②仕様，③例，④作成，⑤テストの５段階に分 ける • 「必ず成立しているはずのこと」を書いたものがア サーションである．Javaでは次のように書く．アサー ションは論理的エラーの発見に役立つ • 「x >= 0」がアサーション， • error, x < 0 in area() がメッセージ • 例外処理とは，不測の事態における処理 2

アウトライン 番号 項目 復習 16-1 プログラムの設計レシピ 16-2 種々のエラーとプログラムのテスト 16-3 アサーション 16-4 例外処理 各自、資料を読み返したり、課題に取り組んだりも行う この授業では、Java を用いて基礎を学び、マスターする 3

Java などのプログラミング言語の体 験，演習ができるオンラインサービス GDB online http://www.pythontutor.com/ オンラインなので、「秘密にしたいプログラム」を 扱うには十分な注意が必要 4

• http://www.pythontutor.com/

GDB online で Java を動かす手順 ① ウェブブラウザを起動する ② 次の URL を開く https://www.onlinegdb.com 5

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③ 「Language」のところで，「Java」を選ぶ 6

④ ソースコードを入れる ⑤ 実行．実行結果を確認 「Run」をクリック． 7

16-1. プログラムの設計レシピ 8

リングの面積 • リング Ring クラスのオブジェクト 属性は，外径 r2, 内径 r1 ｒ1 ｒ2 • 面積 area メソッド (this.r2 * this.r2 - this.r1 * this.r1) * 3.14 9

演習 資料：11 ～ 12 【トピックス】 • プログラムの設計レシピ 10

① プログラム 11

② 実行し結果を確認 12

プログラム設計レシピ プログラムを設計するときに，考えておいた方がよ いこと，実行した方がよいことをリストアップした もの 13

プログラム設計レシピ ① 分析 ② 仕様 プログラムの設計段階で考えた方がよいこと ③例 ④ テスト プログラムが設計通りに動くかを確かめる 14

リングの面積 • リング Ring クラスのオブジェクト 属性は，外径 r2, 内径 r1 ｒ1 ｒ2 • 面積 area メソッド 15

① 分析 メソッド area • その入力 なし ・・・オブジェクトの属性 だけで足りる • その出力 数値１つ ・・・求まった面積 ※ 必要なメソッドそれぞれについて，入力と出力を 考える 16

② 仕様 メソッド area r1 を内径，r2 を外径とするリングの面積 ｒ1 ｒ2 メソッドの性能，機能の条件を考える 17

③例 メソッド area r1 = 3，r2 = 5 のとき，50.24 が求まる ｒ1 ｒ2 どのようなときに，どのような出力が出てほしいか 18

「③ 例」があることの効果 • 例があれば，プログラムが書きやすくなる • 例があれば，他の人がプログラムを見たとき，理 解しやすくなる • 例は，テストの実施に利用 19

④ テスト この通りの結果が得られることを 確かめる Ring a = new Ring(3, 5); 20

プログラム設計レシピ ① 分析 名前付け，入力と出力を明らかに ② 仕様 性能機能の条件 ③例 どのようなときに，どのような出力か ④ テスト プログラムが設計通りに動くか確認 21

プログラム設計レシピ ① 分析 名前付け，入力と出力を明らかに 名前：area，入力：なし，出力：数値１つ ② 仕様 性能機能の条件 r1 を内径，r2 を外径とするリングの面積 ③例 どのようなときに，どのような出力か r1 = 3，r2 = 5 のとき，50.24 が求まる ④ テスト プログラムが設計通りに動くか テスト用プログラム 22

16-2. 種々のエラーとプログラム のテスト 23

エラーの種類 ① 構文エラー(Syntax Errors) • 言語の書式に合っていない場合 ② 実行エラー(Run-time Errors) • プログラムが出力を出さない場合 ③ 論理的エラー(Logical Errors) • 出てきた出力が，仕様（性能機能の条件）に合致 しない場合 24

① 構文エラー スペルミスで， プログラムが 実行できない 25

実行エラーを含むプログラム class Ring { double r1; double r2; public Ring(double r1, double r2) { this.r1 = r1; this.r2 = r2; } public double area() { double x; x = (this.r2 * this.r2 - this.r1 * this.r1) / 0; return x; } } public class Main { public static void main(String[] args) { Ring a = new Ring(3, 5); System.out.println(a.area()); } } 26

③ 論理的エラー スペルミスで， おかしな答え が出ている 27

エラーの種類ごとに発見方法が異なる ① 構文エラー(Syntax Errors) • 言語の書式に合っていない場合 プログラムを実行させようとすると，実行できず，エ ラーメッセージが出る ② 実行エラー(Run-time Errors) • プログラムが出力を出さない場合 プログラムを実際に実行させる．そしてエラーメッ セージが出たり，プログラムが「止まっている」よう に見えたりする ③ 論理的エラー(Logical Errors) • 出てきた出力が，仕様に合致しない場合 プログラムを実際に実行させる．そしてテストする 28

分野の知識(Domain Knowledge) • プログラムを定義するには，プログラムをし ようとする領域の知識（分野の知識）が必要． • 音楽，交通工学，生物学，芸術 ・・・ など プログラムしたい領域の用語，知識の理解が必要 • 「対象分野に応じてプログラム言語自体を発明 する，設計する」という考え方も（興味のある 人は「Domain Specific Language」という言葉 で調べてみること） • コンピュータ言語のみにとらわれず，対象分野 のしっかりとした基礎の理解が不可欠． 29

16-3. アサーション 30

アサーション • 「必ず成立しているはずのこと」を書いたものが アサーションである．Javaでは次のように書く． アサーションは論理的エラーの発見に役立つ • 「x >= 0」がアサーション， • error, x < 0 in area() がメッセージ 31

アサーションをエラーの発見に役立てる 間違い（エラー）を含む式 実行結果の例 アサーションがない場合， 論理的エラーを見逃しそう 32

アサーションをエラーの発見に役立てる assert x >= 0 : "error, x < 0 in area()"; 実行結果の例 アサーションの機能により エラーメッセージが出る 33

• アサーションの機能は Java Tutor, GDB online, Paiza.io で動かすのが難しいので，前ページの実 演のみ（演習なし） 34

16-4. 例外処理 35

例外処理 • 例外処理とは，不測の事態における処理 不測の事態（例外）の例 • まさか「ファイルが無い」とは • まさか「プログラム中にバグがある」とは • まさか「半径が負の数に設定されている」とは • まさか「アサーションが成立しない」とは 例外処理の例 • 「ファイルを準備するように」とメッセージを出して処理 を再開 • 「正しい値を設定するように」とメッセージを出して処理 を終了 36

例外の 発生 例外処理 37

Java での例外処理 • throws Exception メソッド内で例外が発生する可能性があること • throw new Exception 例外の発生 • try { … } catch( … ) { … } 例外処理 38

throws Exception 「area メソッド内で，例外の発生があり える」と宣言（コンピュータに教える） r2 < r1 は想定外なので， 例外を発生させる 例外処理 39

Java での例外処理の書き方 try { 処理 } catch(Exception e) { 例外処理 } ＜処理＞で例外が発生したときの 例外処理ができるようになる ※ 「Exception」のところは， 例外の種類を細かく指定することも可能 40

16-1 class Ring { double r1; double r2; public Ring(double r1, double r2) { this.r1 = r1; this.r2 = r2; } public double area() { double x; x = (this.r2 * this.r2 - this.r1 * this.r1) * 3.14; return x; } } public class Main { public static void main(String[] args) { Ring a = new Ring(3, 5); System.out.println(a.area()); } } 41

16-2 実行エラーを含むプログラム class Ring { double r1; double r2; public Ring(double r1, double r2) { this.r1 = r1; this.r2 = r2; } public double area() { double x; x = (this.r2 * this.r2 - this.r1 * this.r1) / 0; return x; } } public class Main { public static void main(String[] args) { Ring a = new Ring(3, 5); System.out.println(a.area()); } } 42

関連ページ • Java プログラミング入門 GDB online を使用 https://www.kkaneko.jp/pro/ji/index.html • Java の基本 Java Tutor, GDB online を使用 https://www.kkaneko.jp/pro/pi/index.html • Java プログラム例 https://www.kkaneko.jp/pro/java/index.html 43

• https://www.kkaneko.jp/pro/ji/index.html
• https://www.kkaneko.jp/pro/pi/index.html
• https://www.kkaneko.jp/pro/java/index.html