调试与可靠性

调试到底是在做什么

每次运行程序，你脑子里都装着两个结果：预期结果（「应该」发生什么）和实际结果（「确实」发生了什么）。两者对得上，机器人就是正常的。对不上，就说明有问题，而调试就是那种查明它们为什么不一致的侦探工作。

问题的三大家族

问题一共分三大家族，能叫出是哪一族，事情就成了一半。机械问题是机器人身体上的实体故障：轮子松了、线缆拖在地上、齿轮打滑。程序问题是指令上的错误：数字写错、少了一块积木，或者积木顺序不对。传感器问题是感知上的毛病：读数不好、阈值设成了错误的数值，或者传感器该校准了。

变量和计数器：存放并跟踪数值

有时候程序需要记住一个数字。变量就是一个有名字的小盒子，里面装着一个值，而这个值在程序运行时可以变。计数器是一种专门用来计数的变量：它从零开始，每发生一次事情就加一，比如机器人每躲开一个障碍物就加一。

可靠性：用反复试验来证明

只成功过一次的机器人，说不定只是运气好。可靠性指的是一遍又一遍正确完成同一件活儿，而且没有证据你就不能这么宣称。证据就是可靠性试验：你把同一件任务跑好几遍，每一遍都用同样的测试用例，并且每一遍都写下预期结果和实际结果。

「问题侦探」任务

目标：诊断一台不听话的机器人：判断问题属于机械、程序还是传感器，然后把它修好。

1. 每个任务都先写下预期结果和实际结果。两者之间的差距，就是你要调查的症状。
2. 问一问三大家族的问题：这是实体故障（机械）、指令出错（程序），还是感知不准（传感器）？动手之前先靠症状猜一猜。
3. 每次只改「一样」东西，再跑一遍，并记下实际结果现在是不是和预期一致了。

写下发生了什么：

三次运行的可靠性试验

目标：把同一件任务跑三遍，每一遍都把预期结果和实际结果对照，以此证明机器人是可靠的。

1. 挑一件明确的任务和一个测试用例（每一遍的布置都完全一样）。预期结果只写一次，因为三遍都一样。
2. 把任务跑三遍，两遍之间「什么都不许改」。逐次记下实际结果，并在「一致吗？」栏里标上是或否。
3. 三次都一致，就说明在这个测试用例上它是可靠的。只要有一次不一致，那就是个问题，用「问题侦探」的步骤去追。

写下发生了什么：

障碍物计数器

目标：用一个变量当计数器，机器人每躲开一个障碍物就加一，最后再把这个存放的值读出来。

1. 开头先把计数器变量设成 0。机器人每感知到并躲开一个障碍物，就给计数器加 1。
2. 这就是一个存放的值：计数器记着一共处理了多少个障碍物，你在最后可以查看它。
3. 先预测赛道上有几个障碍物，再把你的预测和计数器的最终值对照一下。

写下发生了什么：

做三次运行的可靠性试验之前，先预测哪一遍（如果有的话）会和预期结果对不上，以及为什么。

碰机器人之前先看「问题侦探」上的症状：预测这个问题属于哪一族，是机械、程序还是传感器。

对于障碍物计数器，在跑赛道之前先预测最终存放的值会是多少。

三次运行的可靠性测试

挑一件任务和一个测试用例。预期结果只写一次，然后什么都不改，把同一件任务跑三遍。逐次记下实际结果，以及这一遍对没对上。

记录：三遍里，每一遍的实际结果是否和预期结果一致

问题诊断记录

每个调试任务都记下症状、你怀疑的问题家族、你尝试的那一处改动，以及它有没有把差异解决掉。

记录：到底是哪一族的问题，以及一处有针对性的改动有没有把它修好

有哪一处改动，你是因为测试过才改的，而不是靠猜的？

把任务跑三遍，跟只跑一遍相比，让你对自己的机器人多知道了些什么？

为什么每次只改一样东西会让调试更容易？你这么做的时候，出了什么岔子（或者顺利在哪儿）？