Co to jest runtime error (błąd wykonania)?

Runtime error czeka, aż program zacznie działać. Kod przechodzi wszystkie kontrole przed startem, przez chwilę działa poprawnie, a potem dochodzi do operacji, której nie da się wykonać na wartościach, jakie ma w danej chwili. Ta funkcja działa dla jednej listy i zawodzi dla innej:

def average(scores):
    return sum(scores) / len(scores)

print(average([72, 88, 95]))
print(average([]))

85.0
Traceback (most recent call last):
  File "main.py", line 5, in <module>
    print(average([]))
          ^^^^^^^^^^^
  File "main.py", line 2, in average
    return sum(scores) / len(scores)
           ~~~~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~~~
ZeroDivisionError: division by zero

Pierwsze wywołanie wypisuje 85.0. Drugie przekazuje pustą listę, więc len(scores) wynosi 0 i dzielenia nie da się wykonać. Z gramatyką wszystko było w porządku, więc to nie jest błąd składniowy. Problem istnieje tylko dla pewnych danych i dlatego błąd wykonania może się pojawić, choć program sto razy wcześniej działał poprawnie.

Co się dzieje, gdy wystąpi błąd wykonania

1. Program dochodzi do operacji, tutaj sum(scores) / len(scores).
2. Środowisko uruchomieniowe (runtime) sprawdza ją przed wykonaniem. CPython sprawdza dzielnik przed dzieleniem, JVM sprawdza każdy indeks tablicy, a Python sprawdza, czy klucz słownika istnieje, zanim zwróci jego wartość.
3. Sprawdzenie kończy się niepowodzeniem, więc runtime tworzy obiekt błędu. W Pythonie i Javie ten obiekt jest wyjątkiem i zapisuje typ błędu, komunikat oraz miejsce, w którym błąd wystąpił.
4. Runtime szuka kodu, który obsługuje ten typ błędu: najpierw w bieżącej funkcji, potem w funkcji, która ją wywołała, i tak dalej na zewnątrz.
5. Jeśli nic go nie obsłuży, program się zatrzymuje. Python wypisuje traceback i kończy działanie z kodem wyjścia 1. Java wypisuje ślad stosu zaczynający się od Exception in thread "main".

Języki bez takich kontroli zachowują się inaczej. C nie sprawdza indeksów tablic ani wskaźników, więc błędny dostęp do pamięci albo po cichu psuje dane, albo sprawia, że system operacyjny kończy program z komunikatem segmentation fault.

Wszystko, co program zrobił przed linią z błędem, już się wydarzyło. Ta pętla wypisuje trzy kolory, zanim wyłoży się na czwartym:

colors = ["red", "green", "blue"]

for i in range(4):
    print(colors[i])

red
green
blue
Traceback (most recent call last):
  File "main.py", line 4, in <module>
    print(colors[i])
          ~~~~~~^^^
IndexError: list index out of range

Jak czytać traceback

Traceback w Pythonie czyta się od dołu. Ostatnia linia podaje typ błędu i komunikat: ZeroDivisionError: division by zero. Linie nad nią pokazują łańcuch wywołań, od najstarszego do najnowszego. W pierwszym przykładzie linia 5 wywołała average, a linia 2, wewnątrz average, to miejsce, w którym dzielenie się nie udało.

Linia, w której wystąpił błąd, nie zawsze jest linią do poprawienia. Linia 2 funkcji average jest poprawna. Prawdziwe pytanie brzmi: jak trafiła tam pusta lista? Prześledź więc błędną wartość aż do jej źródła i popraw ją tam. Gdy traceback przechodzi przez pliki bibliotek, które nie są twoje, szukaj ostatniej linii wskazującej na twój własny plik.

Najczęstsze błędy wykonania

Każdy z tych komunikatów jest skopiowany z Pythona 3.12.

Java ma bezpośrednie odpowiedniki, takie jak ArithmeticException, ArrayIndexOutOfBoundsException, NumberFormatException i NullPointerException. Dzielenie całkowite przez zero, którego nic nie przechwyci, wypisuje w Javie coś takiego:

Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero

JavaScript jest bardziej wyrozumiały dla liczb: 10 / 0 daje Infinity, a nie błąd. Wysypuje się za to, gdy używasz wartości, której nie ma. Node.js wypisuje to dla user.name, gdy user ma wartość undefined:

TypeError: Cannot read properties of undefined (reading 'name')

Jak naprawić błąd wykonania

1. Odtwórz go. Uruchom program ponownie z tymi samymi danymi i potwierdź, że pojawia się ten sam błąd.
2. Przeczytaj ostatnią linię tracebacku, a potem znajdź odpowiadającą jej linię we własnym kodzie.
3. Sprawdź wartości, których to dotyczy. Wypisz je tuż przed linią z błędem albo zatrzymaj się tam punktem przerwania w debugerze.
4. Usuń przyczynę. Popraw indeks, zabezpiecz szczególny przypadek albo zweryfikuj dane wejściowe przed ich użyciem.

W funkcji average rozwiązaniem jest zdecydować, ile ma wynosić średnia z braku ocen, i zapisać to w kodzie:

def average(scores):
    if len(scores) == 0:
        return 0
    return sum(scores) / len(scores)

print(average([72, 88, 95]))
print(average([]))

85.0
0

Niektóre awarie nie zależą od ciebie: plik, który ktoś usunął, sieć, która nie odpowiada w wyznaczonym czasie, użytkownik, który wpisuje litery tam, gdzie powinna być liczba. Nie zapobiegniesz im, poprawiając kod, więc przechwytujesz je dzięki obsłudze wyjątków i decydujesz, co program ma zrobić dalej. Nie należy natomiast owijać błędu w kodzie w try i go ukrywać. IndexError z pętli, która liczy o jeden krok za daleko, to pomyłka do poprawienia, a nie błąd do przechwycenia.

Komunikaty runtime error w Windows i w Excelu

Termin pojawia się też poza twoim własnym kodem. Okno dialogowe Windows zatytułowane Microsoft Visual C++ Runtime Library ze słowami Runtime Error! oznacza, że program napisany w C++ natrafił na błąd krytyczny i środowisko uruchomieniowe C++ go zakończyło. Jako użytkownik nie możesz zmienić tego kodu, więc typowe rozwiązania to aktualizacja programu, naprawa lub ponowna instalacja pakietów Microsoft Visual C++ Redistributable, a w przypadku gier aktualizacja sterownika karty graficznej.

Makra Excela napisane w VBA zgłaszają numerowane błędy wykonania. Run-time error '9': Subscript out of range oznacza, że makro odwołało się do arkusza lub elementu tablicy, który nie istnieje, a Run-time error '1004' to ogólny błąd zgłaszany, gdy nie powiedzie się operacja na skoroszycie, arkuszu lub zakresie. Idea jest ta sama co w Pythonie: poprawny kod trafił na wartość, z którą nie umiał sobie poradzić.

Co dalej

Błędy wykonania mają dwóch krewnych: błąd składniowy, wykrywany, zanim program wystartuje, i błąd logiczny, który nigdy nie daje żadnego komunikatu. Aby zamiast awarii wychodzić z błędów wykonania obronną ręką, przeczytaj o obsłudze wyjątków, a potem przewodniki po Pythonie o wyjątkach i debugowaniu błędów. W kursie Pythona piszesz i poprawiasz taki kod w każdej lekcji.