Lỗi logic là gì?

Ba điểm kiểm tra 80, 90 và 100 có điểm trung bình là 90. Chương trình này chạy không một lời phàn nàn nhưng lại in ra một con số khác:

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

Average: 203.33333333333334

Python làm đúng y như dòng code viết. Phép chia được thực hiện trước phép cộng, nên chỉ điểm cuối cùng bị chia cho 3, và kết quả là 80 + 90 + 33,33. Lập trình viên muốn viết (scores[0] + scores[1] + scores[2]) / 3. Thêm dấu ngoặc vào và chương trình in ra Average: 90.0.

Vì sao không có thông báo lỗi

Máy tính kiểm tra xem code có hợp lệ không, chứ không kiểm tra code có đúng không. Bộ phân tích cú pháp (parser) kiểm tra ngữ pháp, nhờ đó bắt được lỗi cú pháp. Môi trường thực thi kiểm tra từng phép toán, nhờ đó bắt được lỗi thực thi như chia cho 0. Cộng ba số và chia một trong số đó cho 3 là ngữ pháp hợp lệ và là phép toán hợp lệ, nên cả hai bước kiểm tra đều qua.

Chỉ người viết chương trình mới biết nó phải tính điểm trung bình. Ý định đó không nằm ở đâu trong code, nên không công cụ nào so sánh được kết quả với nó. Lỗi logic chính là khoảng cách giữa điều bạn bảo máy tính làm và điều bạn thực sự muốn nó làm.

Nguyên nhân thường gặp của lỗi logic

Phần lớn lỗi logic đến từ một danh sách ngắn các mẫu quen thuộc.

• Lỗi lệch một đơn vị. Vòng lặp chạy thừa hoặc thiếu một lần. range(1, 5) cho ra 1, 2, 3 và 4, vì giá trị cuối bị loại trừ. Xem lặp.
• Thứ tự ưu tiên toán tử. a + b / 2 chỉ chia b, như ví dụ điểm trung bình ở trên.
• So sánh sai. Dùng < khi cần <=, hoặc and khi cần or. Điều kiện là các biểu thức boolean, và chỉ một toán tử sai cũng đảo ngược kết quả với một số đầu vào.
• Điều kiện sai thứ tự. Trong chuỗi if và elif, điều kiện đúng đầu tiên sẽ thắng, nên một phép kiểm tra rộng đặt lên đầu sẽ che mất các phép kiểm tra hẹp hơn bên dưới.
• Dùng nhầm biến. Cập nhật total trong vòng lặp nhưng lại in ra subtotal.
• Giả định sai về số. 0.1 + 0.2 == 0.3 là False trong Python, Java và JavaScript, vì số thực dấu phẩy động chỉ là giá trị xấp xỉ. 7 // 2 bằng 3, không phải 3,5.

Đây là lỗi sai thứ tự điều kiện. Điểm 95 lẽ ra phải là 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 lớn hơn hoặc bằng 60, nên nhánh đầu tiên thắng và elif không bao giờ được xét tới. Đặt ngưỡng cao nhất lên đầu và mọi kết quả đều đúng.

Các loại lỗi trong lập trình

Lỗi lập trình thường được chia thành ba loại, theo thời điểm chúng xuất hiện và thứ báo ra chúng.

Một số sách liệt kê nhiều loại hơn, và phần lớn đều nằm gọn trong ba loại này. Lỗi kiểu mà trình biên dịch Java từ chối, như incompatible types: String cannot be converted to int, được phát hiện lúc biên dịch giống lỗi cú pháp, và một số sách gọi nó là lỗi ngữ nghĩa. Lỗi liên kết (linker error) xảy ra ở bước cuối khi build một chương trình C hoặc C++, khi một hàm đã được khai báo nhưng không tìm thấy code của nó ở đâu cả. Lỗi số học, lỗi tài nguyên và lỗi tệp, như chia cho 0, hết bộ nhớ hay mở một tệp không tồn tại, đều là lỗi thực thi. Một số khóa học cũng dùng thuật ngữ "lỗi ngữ nghĩa" như tên gọi khác của lỗi logic, nên hãy xem giáo trình đang dùng nghĩa nào.

Cách tìm lỗi logic

1. Thử với một đáp án bạn đã biết. Tự tính kết quả đúng bằng tay với một đầu vào nhỏ, rồi so sánh. Ba điểm số dễ kiểm tra hơn ba nghìn.
2. In ra các giá trị ở giữa. In score và nhánh được chọn, hoặc bộ đếm vòng lặp ở mỗi lượt, sẽ cho thấy chính xác bước mà thực tế đi lệch khỏi kế hoạch của bạn.
3. Chạy từng bước bằng debugger. Đặt breakpoint và chạy từng dòng một cũng cho kết quả tương tự mà không cần sửa code.
4. Thử các trường hợp biên. Thử 0, 1, giá trị lớn nhất, danh sách rỗng và đúng giá trị ngưỡng (60 và 90 trong ví dụ chấm điểm).
5. Giải thích code thành lời. Mô tả từng dòng cho người khác, hoặc cho một chú vịt cao su, buộc bạn phải nói dòng đó thực sự làm gì thay vì điều bạn giả định nó làm.

Câu lệnh assert biến một đáp án đã biết thành một bước kiểm tra tự động. Nó không làm gì khi điều kiện đúng và dừng chương trình khi điều kiện sai:

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

Một bài test thất bại biến lỗi logic im lặng thành lỗi ồn ào có kèm số dòng. Đó chính là toàn bộ ý tưởng đằng sau unit test.

Lỗi logic trong các ngôn ngữ khác

Các mẫu lỗi ở đâu cũng giống nhau, nhưng mỗi ngôn ngữ có cái bẫy riêng. Trong JavaScript, "5" + 3 là chuỗi "53", còn "5" - 3 là số 2, nên một giá trị đọc từ form dưới dạng văn bản có thể bị cộng sai mà không báo lỗi gì. Trong C, if (x = 5) gán 5 cho x và luôn đúng. Clang mặc định cảnh báo điều này (using the result of an assignment as a condition without parentheses), nhưng code vẫn biên dịch và chạy, nên hãy đọc cảnh báo của trình biên dịch nghiêm túc như đọc lỗi.

Đọc tiếp

So sánh trang này với các trang lỗi cú pháp và lỗi thực thi để thấy mỗi loại được báo ra thế nào. Vòng lặp là nơi lỗi lệch một đơn vị hay xuất hiện, nên trang lặp và hướng dẫn Python về vòng lặp for là những bài nên đọc tiếp. Để luyện tìm kết quả sai trong các bài tập thực tế, hãy thử khóa học Python.