C语言自学之路十五（调试技巧）

本文所结合图书及视频

《C语言程序设计(第四版)谭浩强.pdf》

《C语言入门到精通—鹏哥带你C语言入门到精通》

《郝斌老师的C语言自学视频》

这些在B站上都能找得到的。

学习目标：掌握基本的调试技巧，减少程序出错

章节内容：

1. 什么是Bug
2. 调试是什么 有多重要
3. Debug 和 Release的介绍
4. Windows 环境下 VS2019 调试介绍
5. 程序调试实例
6. 如何写出好(易于调试)的代码

一 、什么是 Bug

1、什么是 Bug
  Bug 我们用中文解释过来的意思就是虫子、小病、(计算机程序中的)故障。1947年9月9日，葛丽丝·霍普（Grace Hopper）发现了第一个电脑上的Bug。当在Mark II计算机上工作时，整个团队都搞不清楚为什么电脑不能正常运作了。经过大家的深度挖掘，发现原来是一只飞蛾意外飞入了一台电脑内部而引起的故障（如图所示）。这个团队把错误解除了，并在日记本中记录下了这一事件。也因此，人们逐渐开始用bug来称呼计算机中的隐错。
  第一次被发现的导致计算机错误的飞蛾，也是第一个计算机程序错误

二、什么是调试 有多重要?

1、什么是调试
  上面我们讲到了在编写计算机程序的时候难免会出现 Bug,那么也自然的需要Debug也就是改错，调试了。 调试(Debugging/Debug)，又称除错，是发现和减少计算机程序或电子仪器设备中程序错误的一个过程。
2、调试的基本步骤
  ① 发现程序错误的存在
  ② 以隔离、消除等方式对错误进行定位
  ③ 确定错误产生的原因
  ④ 提出纠正错误的解决方法
  ⑤ 对程序错误予以改正，重新测试
  ⑥ 如果以上操作完成还有错误，继续重复以上几步
  对于一个程序错误而言能发现它的一般分为三类人：
   ① 程序员自己发现--------->程序员自己解决
   ② 测试人员发现-------->大部分bug由测试人员检测出
   ③ 客户或者用户发现情况严重-------->尽可能不出现此情况

三、Debug 和 Release 的介绍

1、Debug版本
  Debug通常称为调试版本，它包含调试信息，并且不做任何优化，方便于程序员调试程序。
2、Release版本
  Release称为发布版本，它往往是进行了各种优化，使得程序在代码大小和运行速度上都是最优的，以方便于用户更好的使用。

#include 
int main()
{
	char *p = "hello xiaohuoban.";
	printf("%s\n", p);
	return 0;
}

  上述代码在Debug环境的结果展示：

  上述代码在Release环境的结果展示：

  我们通过对比可以明显的看出两个不同环境下，生成的文件大小是不一样的，所以我们说调试就是在Debug版本的环境中，找代码中潜伏的问题的一个过程。那编译器进行了哪些优化呢？我们来看下面这段代码：

#include 
int main()
{
	int i = 0;
	int arr[10] = { 0 };
	for(i = 0; i <= 12; i++)
	{
		arr[i] = 0;
		printf("haha\n");
	}
	return 0;
}

如果是Debug模式去编译，程序的结果就是死循环。如果是Release模式去编译的话，程序没有死循环。那么他们之间的区别就是变量在内存中开辟的顺序发生了变化，影响到了程序执行的结果。

四、Windows 环境下 VS2019 调试介绍

1、调试环境的准备

  在环境中选择Debug选项，才能使代码正常调试，Release选项下是无法调试代码的。
2、常用快捷键

  通过上图我们也看到了一些关于调试的快捷键，相信大家都会熟能生巧的。下面我们来讲几个常用的快捷键：
   F5 --> 启动调试，经常用来直接调到下一个断点处。
   F9 -->创建断点和取消断点 断点的重要作用，可以在程序的任意位置设置断点。这样就可以使的程序在我们想要的位置随意停止，继而一步步执行下去。
   F10 -->逐过程，通常用来处理一个过程，一个过程可以是一次函数调用，或者是一条语句。
   F11 -->逐语句，就是每次都执行一条语句，但是这个快捷键 可以使我们的执行逻辑 进入函数内部(这是最常用的)。
   Ctrl + F5 --> 开始执行不调试，想让程序直接运行不调试可以直接使用该快捷键
有关更多的快捷键请参考这里VS2019调试代码快捷键
3、调试时查看当前程序信息

  通过上图我们看到了进入调试以后会看到子菜单中，我们能用来观察当前程序的信息，例如：查看断点、查看局部变量、查看调用堆栈、查看内存、查看进程等等…大家可以根据自己的需要来选择要查看的选项，但前提是程序必须是在开启调试以后才能看到如此的子菜单。
4、多动手，尝试调试，才能进步
   一定要熟练掌握调试技巧
   一个合格的程序员可能20%的时间在写代码，80%时间在调试代码
   随着写的代码越多，接触的项目越大，会出现很多复杂的调试场景
   多使用快捷键，能帮你提升工作效率

五、程序调试实例

实例一
实现代码： 求1!+2!+3!+4!+…n!; 不考虑溢出。

#include 
int main()
{
	int i = 0;
	int sum = 0; 	//保存最终结果
	int n = 0;
	int ret = 1;	//保存n的阶乘
	scanf("%d", &n);
	for(i = 1; i <= n; i++)
	{
		int j = 0;
		for(j = 1; j <= i; j++)
		{
			ret *= j;
		}
		sum += ret;
	}
	return 0;
}

  上图代码如果n取值为3的时候，运算结果是9，也就是1!+2!+3! = 1 + 2 + 6 = 9;但是实际运行结果却是15，这明显不符合我们的预期。那是哪里出现问题呢？

#include 
int main()
{
	int i = 0;
	int sum = 0; 	//保存最终结果
	int n = 0;
	int ret = 1;	//保存n的阶乘
	scanf("%d", &n);
	for(i = 1; i <= n; i++)
	{
		ret = 1;  //进入循环每次更新ret从1开始
		int j = 0;
		for(j = 1; j <= i; j++)
		{
			ret *= j;
		}
		sum += ret;
	}
	return 0;
}

  通过修改，程序运行后和我们预期的结果一样，程序测试通过。其他实例不再一一列举。
注意事项
   ① 程序运行不起来，应该是语法错误；程序可以运行起来，但不符合预期结果，称为运行时错误，调试解决的就是运行时错误！
   ② 调试时应该有一个预期，也就是程序运行到每一步应该是什么结果，当运行结果与预期不符时，就找到问题了！

六、如何写出好(易于调试)的代码

1、优秀的代码
  1. 代码运行正常
  2. Bug很少
  3. 效率高
  4. 可读性高
  5. 可维护性高
  6. 注释清晰
  7. 文档齐全
2、常见的coding技巧
  1.使用assert
  2.尽量使用const
  3.养成良好的编码风格
  4.添加必要的注释
  5.避免编码的陷阱

  关于本节内容调试技巧就讲到这，有关更多的调试技巧需要自己多动手去写，去实际调试，相信会随着编写代码量的增长，解决更多的Bug后，大家都能掌握更多的调试技巧，下期我继续讲解C语言的数据的存储内容。

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