ما هو الخطأ المنطقي (Logic Error)؟

ثلاث درجات اختبار، هي 80 و90 و100، متوسطها 90. هذا البرنامج يعمل دون أي اعتراض ويطبع شيئًا آخر:

scores = [80, 90, 100]
average = scores[0] + scores[1] + scores[2] / 3
print("Average:", average)

Average: 203.33333333333334

نفّذت بايثون ما يقوله السطر بالضبط. القسمة تسبق الجمع، فلم تُقسم على 3 إلا الدرجة الأخيرة، والنتيجة هي 80 + 90 + 33.33. كان المبرمج يقصد (scores[0] + scores[1] + scores[2]) / 3. أضف الأقواس فيطبع البرنامج Average: 90.0.

لماذا لا تظهر رسالة خطأ

يفحص الحاسوب ما إذا كان الكود سليمًا، لا ما إذا كان صحيحًا. يفحص المحلل النحوي القواعد النحوية، فيلتقط الخطأ في الصياغة. وتفحص بيئة التشغيل كل عملية، فتلتقط خطأ وقت التشغيل مثل القسمة على صفر. جمع ثلاثة أرقام وقسمة أحدها على 3 صياغة سليمة وعملية مشروعة، فيجتاز الفحصين.

وحده من كتب البرنامج يعرف أنه كان يُفترض أن يحسب متوسطًا. هذه النية غير موجودة في أي مكان في الكود، فلا تستطيع أي أداة مقارنة النتيجة بها. الخطأ المنطقي هو الفجوة بين ما طلبته من الحاسوب وما أردته منه.

أشهر أسباب الأخطاء المنطقية

معظم الأخطاء المنطقية تأتي من قائمة قصيرة من الأنماط.

• أخطاء الفرق بواحد (off-by-one). حلقة تتكرر مرة زائدة أو ناقصة. range(1, 5) تُنتج 1 و2 و3 و4، لأن النهاية مستثناة. راجع صفحة التكرار.
• أولوية العمليات. a + b / 2 تقسم b وحدها، كما في المتوسط أعلاه.
• المقارنة الخاطئة. < حيث تلزم <=، أو and حيث تلزم or. الشروط تعبيرات من نوع القيمة المنطقية، وعامل واحد خاطئ يقلب النتيجة مع بعض المدخلات.
• الشروط بترتيب خاطئ. في سلسلة if وelif يفوز أول شرط صحيح، فالاختبار الواسع الموضوع أولًا يحجب الاختبارات الأضيق التي تحته.
• المتغير الخاطئ. تحديث total داخل الحلقة ثم طباعة subtotal.
• افتراضات عن الأرقام. 0.1 + 0.2 == 0.3 قيمتها False في بايثون وجافا وجافا سكريبت، لأن الأعداد العشرية (floating point) تقريبية. و7 // 2 تساوي 3 لا 3.5.

هذا هو خطأ ترتيب الشروط. الدرجة 95 يجب أن تكون A:

def grade(score):
    if score >= 60:
        return "D"
    elif score >= 90:
        return "A"
    else:
        return "F"

print(grade(95))
print(grade(72))
print(grade(40))

D
D
F

الدرجة 95 أكبر من 60 أو تساويها، فيفوز الفرع الأول ولا يُوصل إلى elif أبدًا. ضع أعلى حدّ أولًا فتصبح كل النتائج صحيحة.

أنواع الأخطاء في البرمجة

تُصنَّف أخطاء البرمجة عادةً في ثلاثة أنواع بحسب وقت ظهورها وما يُبلغ عنها.

بعض الكتب تسرد أنواعًا أكثر، ومعظمها يندرج تحت هذه الثلاثة. خطأ النوع الذي يرفضه مترجم جافا، مثل incompatible types: String cannot be converted to int، يُكتشف وقت الترجمة كخطأ الصياغة، وبعض الكتب تسميه خطأً دلاليًا. وخطأ الربط (linker error) يقع في الخطوة الأخيرة من بناء برنامج بلغة C أو C++، عندما تكون دالة مُصرَّحًا عنها لكن كودها غير موجود في أي مكان. وأخطاء الحساب والموارد والملفات، مثل القسمة على صفر أو نفاد الذاكرة أو فتح ملف غير موجود، كلها أخطاء وقت تشغيل. كما تستخدم بعض الدورات مصطلح "الخطأ الدلالي" اسمًا آخر للخطأ المنطقي، فتحقق من المعنى الذي يقصده الكتاب.

كيف تجد الخطأ المنطقي

1. اختبر بإجابة تعرفها مسبقًا. احسب النتيجة الصحيحة يدويًا لمدخل صغير، ثم قارن. التحقق من ثلاث درجات أسهل من التحقق من ثلاثة آلاف.
2. اطبع القيم الوسيطة. طباعة score والفرع الذي اتُّخذ، أو عداد الحلقة في كل دورة، تُظهر الخطوة الدقيقة التي يبتعد عندها الواقع عن خطتك.
3. تتبّع الكود خطوة بخطوة بالمُنقِّح. وضع نقطة توقف وتنفيذ سطر واحد في كل مرة يؤدي الغرض نفسه دون تعديل الكود.
4. اختبر الحدود. جرّب 0 و1 وأكبر قيمة وقائمة فارغة والحدّ نفسه بالضبط (60 و90 في مثال الدرجات).
5. اشرح الكود بصوت مسموع. وصف كل سطر لشخص آخر، أو لبطة مطاطية، يجبرك على قول ما يفعله السطر فعلًا لا ما تفترض أنه يفعله.

تحوّل assert الإجابة المعروفة إلى فحص تلقائي. لا تفعل شيئًا حين يكون الشرط صحيحًا، وتوقف البرنامج حين يكون خاطئًا:

def grade(score):
    if score >= 60:
        return "D"
    elif score >= 90:
        return "A"
    else:
        return "F"

assert grade(40) == "F"
assert grade(95) == "A", "95 should be an A"
print("all tests passed")

Traceback (most recent call last):
  File "main.py", line 10, in <module>
    assert grade(95) == "A", "95 should be an A"
           ^^^^^^^^^^^^^^^^
AssertionError: 95 should be an A

الاختبار الفاشل يحوّل الخطأ المنطقي الصامت إلى خطأ صاخب مع رقم سطر. وهذه هي الفكرة الكاملة وراء اختبار الوحدات (unit testing).

الأخطاء المنطقية في لغات أخرى

الأنماط واحدة في كل مكان، لكن لكل لغة فخاخها. في جافا سكريبت، "5" + 3 هي النص "53"، بينما "5" - 3 هي الرقم 2، فالقيمة المقروءة من نموذج على شكل نص قد تُجمع جمعًا خاطئًا دون أي خطأ. وفي لغة C، if (x = 5) تُسند 5 إلى x وتكون صحيحة دائمًا. يحذّر Clang منها افتراضيًا (using the result of an assignment as a condition without parentheses)، لكنها تُترجم وتعمل رغم ذلك، فتعامل مع تحذيرات المترجم بجدية الأخطاء نفسها.

إلى أين بعد ذلك

قارن هذه الصفحة بصفحتي الخطأ في الصياغة وخطأ وقت التشغيل لترى كيف يُبلَّغ عن كل نوع. الحلقات هي موطن أخطاء الفرق بواحد، لذا فصفحة التكرار ودليل بايثون عن حلقات for قراءتان مناسبتان بعد ذلك. وللتدرب على اكتشاف النتائج الخاطئة في تمارين حقيقية، جرّب دورة بايثون.