O que é um erro de lógica?

Três notas de prova, 80, 90 e 100, têm média 90. Este programa executa sem uma única reclamação e imprime outra coisa:

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

Average: 203.33333333333334

O Python fez exatamente o que a linha diz. A divisão acontece antes da soma, então só a última nota foi dividida por 3, e o resultado é 80 + 90 + 33,33. O programador queria (scores[0] + scores[1] + scores[2]) / 3. Coloque os parênteses e o programa imprime Average: 90.0.

Por que nenhuma mensagem de erro aparece

Um computador verifica se o código é válido, não se ele está correto. O parser verifica a gramática, o que detecta um erro de sintaxe. O runtime verifica cada operação, o que detecta um erro de tempo de execução como dividir por zero. Somar três números e dividir um deles por 3 é gramática válida e uma operação permitida, então as duas verificações passam.

Só quem escreveu o programa sabe que ele deveria calcular uma média. Essa intenção não existe em lugar nenhum do código, então nenhuma ferramenta consegue comparar o resultado com ela. Um erro de lógica é a distância entre o que você mandou o computador fazer e o que você queria que ele fizesse.

Causas comuns de erros de lógica

A maioria dos erros de lógica vem de uma lista curta de padrões.

• Erros de um a mais ou a menos (off-by-one). Um loop executa uma vez a mais ou a menos. range(1, 5) produz 1, 2, 3 e 4, porque o fim é excluído. Veja iteração.
• Precedência de operadores. a + b / 2 divide só b, como na média acima.
• A comparação errada. < onde era preciso <=, ou and onde era preciso or. Condições são expressões booleanas, e um único operador errado inverte o resultado para algumas entradas.
• Condições na ordem errada. Em uma cadeia de if e elif, a primeira condição verdadeira vence, então um teste amplo colocado primeiro esconde os mais específicos abaixo dele.
• A variável errada. Atualizar total dentro de um loop, mas imprimir subtotal.
• Suposições sobre números. 0.1 + 0.2 == 0.3 é False em Python, Java e JavaScript, porque números de ponto flutuante são aproximações. 7 // 2 é 3, não 3,5.

Aqui está o erro de ordem das condições. Uma nota 95 deveria ser um 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

95 é maior ou igual a 60, então o primeiro ramo vence e o elif nunca é alcançado. Coloque o limite mais alto primeiro e todos os resultados ficam certos.

Tipos de erros em programação

Os erros de programação costumam ser classificados em três tipos, conforme quando aparecem e o que os informa.

Alguns livros listam mais tipos, e a maioria deles cabe dentro destes três. Um erro de tipo que o compilador Java rejeita, como incompatible types: String cannot be converted to int, é encontrado em tempo de compilação como um erro de sintaxe, e alguns livros o chamam de erro semântico. Um erro de linker acontece na última etapa da construção de um programa em C ou C++, quando uma função foi declarada mas o código dela não está em lugar nenhum. Erros aritméticos, de recursos e de arquivo, como dividir por zero, ficar sem memória ou abrir um arquivo inexistente, são todos erros de tempo de execução. O termo "erro semântico" também é usado por alguns cursos como outro nome para erro de lógica, então confira qual significado o livro usa.

Como encontrar um erro de lógica

1. Teste com uma resposta que você já conhece. Calcule à mão o resultado correto para uma entrada pequena e depois compare. Três notas são mais fáceis de conferir do que três mil.
2. Imprima os valores intermediários. Imprimir score e o ramo escolhido, ou o contador do loop a cada passagem, mostra o passo exato em que a realidade se afasta do seu plano.
3. Avance passo a passo com um depurador. Colocar um breakpoint e executar uma linha de cada vez faz o mesmo sem editar o código.
4. Teste os limites. Experimente 0, 1, o maior valor, uma lista vazia e o limite exato (60 e 90 no exemplo das notas).
5. Explique o código em voz alta. Descrever cada linha para outra pessoa, ou para um patinho de borracha, obriga você a dizer o que a linha faz, e não o que você supõe que ela faz.

Um assert transforma uma resposta conhecida em uma verificação automática. Ele não faz nada quando a condição é verdadeira e para o programa quando ela é falsa:

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

Um teste que falha transforma um erro de lógica silencioso em um erro barulhento, com número de linha. Essa é toda a ideia por trás dos testes unitários.

Erros de lógica em outras linguagens

Os padrões são os mesmos em todo lugar, mas cada linguagem tem as próprias armadilhas. Em JavaScript, "5" + 3 é a string "53", enquanto "5" - 3 é o número 2, então um valor lido de um formulário como texto pode somar errado sem nenhum erro. Em C, if (x = 5) atribui 5 a x e é sempre verdadeiro. O Clang avisa sobre isso por padrão (using the result of an assignment as a condition without parentheses), mas o código ainda compila e executa, então leve os avisos do compilador tão a sério quanto os erros.

Próximos passos

Compare esta página com as páginas de erro de sintaxe e erro de tempo de execução para ver como cada tipo é informado. Os loops são onde moram os erros de um a mais ou a menos, então a página de iteração e o guia de Python sobre loops for são boas leituras a seguir. Para praticar encontrar resultados errados em exercícios reais, experimente o curso de Python.