Коротко: ошибка — off‑by‑one: цикл использует условие $i\le a.length$ вместо $i<a.length$, из‑за чего при пустом или любом массиве происходит обращение к несуществующему элементу $a[a.length]$ и выбрасывается IndexOutOfBoundsException. Ниже — набор подходов для обнаружения и предотвращения.
1) Быстрый фикс
- Заменить условие на $i<a.length$ или использовать итерацию по значениям: `for (int v : a) s += v;`.
- Защититься от null: проверить или явно документировать поведение.
2) Unit‑тесты (JUnit)
Покрыть граничные и типичные случаи:
- пустой массив: $[]$ — ожидаем $0$;
- одноэлементный: $[5]$ — ожидаем $5$;
- несколько элементов: $[1,2,3]$ — ожидаем $6$;
- отрицательные/смешанные: $[-1,0,2]$;
- большие значения для проверки переполнения (например $[Integer.MAX\_VALUE,1]$) — ожидаем поведение при переполнении (можно проверять явное переполнение или использовать long/BigInteger).
Примеры ожидаемых утверждений:
- `assertEquals(0, sum(new int[]{}));`
- `assertEquals(6, sum(new int[]{1,2,3}));`
3) Тесты на исключения / негативные кейсы
- Перед исправлением: ожидать `IndexOutOfBoundsException` для $[]$ (чтобы воспроизвести баг).
- Проверить поведение при `null` (ожидается NPE или явная проверка).
4) Property‑based тестирование
Использовать jqwik / junit‑quickcheck / junit‑pbt:
- Свойство: для любого массива $a$ результат равен сумме по стандартной библиотеке:
$\text{sum}(a)={\sum }_{k=0}^{n-1}{a}_k$ и эквивалентно `Arrays.stream(a).sum()`.
- Свойство аддитивности/перестановочности: для двух массивов $x,y$ результат для конкатенации равен сумме результатов.
- Свойство нейтрального элемента: для пустого массива результат $0$.
Такие тесты генерируют краевые и случайные массивы (включая пустые и большие).
5) Граничные случаи, на которые обратить внимание
- $n=0$ (пустой массив);
- доступ к последнему элементу: индекс последнего элемента $a.length-1$;
- потенциальное переполнение суммы при суммировании типа `int`;
- очень большие массивы (проверка производительности/стека);
- массивы с большими или отрицательными элементами.
6) Инструменты статического анализа и линтеры
- SpotBugs / FindBugs, ErrorProne — ищут возможные обращения за пределы массива, некорректные индексы, NPE;
- PMD, SonarQube — обнаруживают шаблоны buggy code (off‑by‑one);
- Checker Framework (Nullness) — для проверки nullable/nonnull;
- Infer (Facebook), Coverity — для обнаружения ошибок доступа к памяти/индексам.
Настроить CI, чтобы эти анализаторы запускались на PR.
7) Кодовые практики, помогающие предотвратить
- Использовать итератор/foreach: `for (int v : a) s += v;` — исключает индексные ошибки.
- Писать небольшие методы и покрывать их unit‑тестами.
- Добавлять assert/Preconditions: `Objects.requireNonNull(a)`; при отладке можно временно `assert i < a.length`.
- Code review: проверять условия циклов, индексы, граничные условия.
8) Отладка при воспроизведении
- Запустить тест на пустом массиве, посмотреть stacktrace (строка с `a[i]`).
- В IDE поставить breakpoint на начало цикла, посмотреть значения $i$ и $a.length$.
- Локальные quick‑fix: заменить условие и запустить тесты.
Резюме: воспроизведите баг тестом для $[]$, исправьте условие на $i<a.length$ или замените на foreach, добавьте unit и property‑based тесты (проверка равенства с Arrays.stream), включите статический анализ в CI и применяйте defensive checks (null, assertions).