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コードに挫折しない: プログラミング初心者のデバッグガイド

2023/03/15に公開
初心者
プログラミング基礎
ChatGPT で書いた
tech

はじめに

プログラミング初心者にとって、デバッグは時に難しく感じられるかもしれません。しかし、効果的なデバッグ技術を身につけることで、プログラムの問題を効率的に解決できるようになります。この記事では、デバッグのコツやノウハウについて解説していきます。

エラーメッセージを理解する

エラーメッセージは、問題の原因を特定する上で非常に役立ちます。エラーが発生した場合、メッセージをよく読んで、どのようなエラーが発生しているのかを把握しましょう。また、エラーメッセージには、問題が発生しているコードの行番号が含まれていることがあります。これを参考にして、コードをチェックしましょう。

例: Pythonで発生するNameError。

error_example.py
def main():
    print(undeclared_variable)

if __name__ == "__main__":
    main()

エラーメッセージ:

Traceback (most recent call last):
  File "error_example.py", line 4, in <module>
    main()
  File "error_example.py", line 2, in main
    print(undeclared_variable)
NameError: name 'undeclared_variable' is not defined

このエラーメッセージは、undeclared_variableが定義されていないことを示しています。また、エラーが発生したファイル名error_example.pyと、エラーが発生した行番号（line 2）も表示されています。これにより、問題の箇所を特定しやすくなります。この問題を解決するために、変数を適切に定義する必要があります。

デバッグツールを活用する

多くのプログラミング言語には、デバッグツールが用意されています。デバッガを使ってコードを実行し、ブレークポイントを設定してプログラムの進行を一時停止させることができます。これにより、変数の値やスタックトレースを確認することができ、問題の特定に役立ちます。

例: Pythonのデバッグツールpdbを使用するサンプルコード。

def add(a, b):
    import pdb; pdb.set_trace()  # ブレークポイントを設定
    return a + b

result = add(3, 4)
print(result)

実行すると、pdb.set_trace()でプログラムが一時停止し、対話型デバッガが起動します。ここで、n（next）、p（print）、c（continue）などのコマンドを使用して、デバッグを行います。

(Pdb) p a
3
(Pdb) p b
4
(Pdb) n
--Return--
> <stdin>(3)add()->7

コードを段階的にテストする

プログラム全体を一度にテストしようとせず、小さな部分ごとにテストを行いましょう。これにより、問題が発生している箇所を特定しやすくなります。また、ユニットテストを書くことで、コードの個々の部分が正しく機能しているかを確認できます。

例: Pythonでユニットテストを行うサンプルコード。

my_math.py（テスト対象のモジュール）:

def add(a, b):
    return a + b

def multiply(a, b):
    return a * a  # バグ: a * b ではなく、a * a になっている

print(add(1, 2) + multiply(3, 4)) # 期待: 15, 実際: 12

test_my_math.py（ユニットテスト）:

import unittest
import my_math

class TestMyMath(unittest.TestCase):

    def test_add(self):
        self.assertEqual(my_math.add(3, 4), 7)
        self.assertEqual(my_math.add(-1, 1), 0)

    def test_multiply(self):
        self.assertEqual(my_math.multiply(3, 4), 12)  # このテストが失敗し、バグを検出します
        self.assertEqual(my_math.multiply(2, 5), 10)

if __name__ == "__main__":
    unittest.main()

この例では、multiply関数にバグがあり、正しく掛け算を行っていません。test_multiplyのユニットテストを実行すると、期待される結果と実際の結果が異なることがわかり、バグを検出できます。バグが特定されたら、コードを修正して再度テストを実行し、バグが解消されたことを確認できます。

コメントアウトでエラー箇所を特定する

問題の特定が難しい場合は、コメントアウトを利用して、エラーが発生するコードの範囲を狭めることで、問題の原因を特定しやすくなります。

例：Pythonでコメントアウトを使ってエラー原因を特定する方法。

def buggy_function():
    # some_working_code_1()
    # some_working_code_2()
    # error_causing_code()
    # some_working_code_3()

buggy_function()
  1. 最初に、すべてのコードをコメントアウトして、エラーが解消することを確認します。
  2. 次に、コメントアウトを一つずつ解除して、エラーが再発するタイミングを確認します。
  3. エラーが再発した時点で、その直前に解除したコメントアウトが原因である可能性が高いため、問題の箇所を特定しやすくなります。

コードをリファクタリングする

コードが複雑で読みにくい場合、デバッグが困難になることがあります。コードのリファクタリングを行い、可読性を向上させることで、デバッグが容易になります。詳しくは過去の記事をご覧ください。

バージョン管理システムを活用する

バージョン管理システム（例：Git）を使うことで、コードの変更履歴を追跡し、問題が発生した時点に戻すことができます。これにより、デバッグが容易になります。また、バージョン管理システムを使って、コードの変更を小さなコミットに分割することで、問題の発生原因を特定しやすくなります。

ChatGPTを活用する

もはやこれが一番の近道かもしれません。ChatGPTでわからないことを聞くだけです。
例えばPythonでリストの要素をカンマ区切りの文字列に変換する方法が分からない場合、チャットウィンドウにPythonでリストをカンマ区切りの文字列に変換する方法は？と入力します。
ChatGPTが提案した解決策を確認し、問題を解決します。この場合、ChatGPTはPythonのstr.join()メソッドを使ってリストをカンマ区切りの文字列に変換できることを教えてくれるでしょう。
ただし、ChatGPTを活用するには以下の点を理解していることが重要です。

  • 質問の明確化
    質問が明確で具体的であればあるほど、ChatGPTは適切な回答を提供しやすくなります。質問をする前に、何を知りたいのか、どのような問題に直面しているのかを明確にしましょう。
  • コードの提供
    コードの一部やエラーメッセージを含めると、より具体的な解決策を提供できる可能性が高まります。ただし、コードが長すぎる場合は、問題の箇所を短く抜粋して共有することが望ましいです。
  • 使用している言語や技術の明示
    使用しているプログラミング言語やフレームワーク、ライブラリなどを明示することで、回答が的確になります。これにより、ChatGPTはあなたの状況に適した回答を提供できるでしょう。
  • 状況の詳細な説明
    どのような状況で問題が発生したのか、何を試したのか、どのようなエラーが出ているのかなど、問題のコンテキストを提供することが重要です。これにより、より適切なアドバイスや回答が得られます。
  • ChatGPTの回答を鵜呑みにしない
    ChatGPTはAIであり、回答が常に正しいわけではありません。提供された解決策やアドバイスを適用する前に、自分で理解し、適切であることを確認することが重要です。
  • 複数の質問やフォローアップ
    必要に応じて、複数の質問をしたり、回答に対してフォローアップしたりしてください。これにより、問題解決に向けた適切な情報が得られる可能性が高まります。

休憩をとる

長時間デバッグ作業を行うと、集中力が低下し、問題の解決が難しくなることがあります。適度な休憩を取ることで、リフレッシュし、新たな視点で問題に取り組むことができます。

まとめ

デバッグはプログラミングにおいて重要なスキルです。上記のコツやノウハウを活用して、効率的に問題を解決する能力を身につけましょう。プログラムのエラーに対処できる自信がつくことで、プログラミングの楽しさも増えるはずです。

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