C/C++程序的断点调试 - Dev C++

本文以Dev C++ 5.11为例，简述C/C++程序断点调试的基本方法和过程。其它的IDE环境，大同小异。

本文引用自作者编写的下述图书; 本文允许以个人学习、教学等目的引用、讲授或转载，但需要注明原作者"海洋饼干叔
叔"；本文不允许以纸质及电子出版为目的进行抄摘或改编。
1.《Python编程基础及应用》，陈波，刘慧君，高等教育出版社。免费授课视频 Python编程基础及应用
2.《Python编程基础及应用实验教程》, 陈波，熊心志，张全和，刘慧君，赵恒军，高等教育出版社Python编程基础及应用实验教程
3. 《简明C及C++语言教程》，陈波，待出版书稿。免费授课视频

1. 简介

在程序有BUG/缺陷，需要修复时，断点调试是发现缺陷的重要方法。对于初学者而言，断点调试还有另外一个用途：帮助理解程序背后的逻辑。

本文以Dev C++为例，简述C/C++程序断点调试的基本方法和过程。其它的IDE环境，大同小异。

在进行后续调试试验前，需要先对Dev C++的C/C++编译开发环境进行配置。详细过程请参见下述链接：http://codelearn.club/2022/11/devcpp/

2. 程序代码

在Dev C++中创建一个源代码文件DebugExample.cpp，录入如下代码，然后保存。

//Project - DebugExample
#include 
#include 

bool isPrime(int n) {     //函数的定义
    if (n<=1)
        return false;
    for (int i=2;i<n;i++)
        if (n % i == 0)
            return false;

    return true;
}

int main(){
    printf("Try to find all prime number(<=10):\n");

    int iFound = 0;       //发现的质数个数
    for (int i=2;
         i<=10;
         i++)
    {
        if (!isPrime(i))
            continue;
        iFound++;
        printf("%d, ",i);
    }

    printf("\n%d prime numbers been found.",iFound);
    return 0;
}

在作者的机器上，该文件被存放在D:\TEMP目录下。

上述程序的用途在于找出2 ~ 10之间的全部质数并打印出来。请读者注意第19 ~ 21行，for循环的初始化语句，测试表达式，更新表达式故意分作了三行，以便于观察。

3. 断点

在第18行代码的行号左边单击鼠标，便会出现如图所示的断点（break point），在相同位置再次单击，断点便会消失。可以给同一段程序添加多个断点。

4.调试

在打好断点后，选择菜单Execute-Debug(F5)开始调试。

如果你得到上述提示，说明你还需要配置一些编译器选项，才能进行程序调试。

选择No。（在作者的计算机上，选Yes会导致程序崩溃）

选择菜单Tools-Compiler Options， 找到Settings-Linker页，将Generate debugging information(-g3)设为Yes，然后点”OK”。

选择菜单Execute-Rebuild All，重新编译程序 ，以便让上述设置事实上生效。

再次打好18行的断点，选择菜单Execute-Debug，进入调试。

与正常的程序运行不动，程序并没有“一口气”从头执行到尾，而是暂停在了第18行的断点处。图中的蓝色高亮行表明程序的当前执行点，准确地说，蓝色高亮的是接下来准备执行的代码行。


同别的IDE环境不同，Dev C++的调试功能比较简陋，其并不能直观显示当前全部局部变量的值。为了观察main()函数内iFound和i变量的值，我们点击Add Watch，依次加入iFound和i。如上图所示，iFound的空间已分配，其值为0，而变量i尚未到达作用域范围，未显示当前值。

点击Next line， 第18行被执行，第19行高亮，该行是for循环的初始化语句。如上图所见，由于初始化语句事实上还没有执行，所以i变量的当前值为1而不是2（变量赋值前，其初始值不确定）。

此时，如果把鼠标光标移动至代码内对应变量的上方，Dev C++将悬浮显示变量的当前值。

再次点击Next line， 代码会依次执行第19行（初始化语句），第20行（循环条件表达式）后来到第23行。严格地说，第19行和第20行应该是两步，但Dev C++将其视作一“行”一起执行了。如图所示，i变量的当前值为2。

第23行涉及一次函数调用，如果操作者希望观察isPrime( )函数内部的执行过程，应按Into function。如果操作者不关心isPrime( )内部的执行过程，只关心23行的总体执行结果，则按Next line。本次，我们选择Into function。

按下Into function后，我们进入到了isPrime( )函数内部，第6行蓝色高亮。对于isPrime( )函数而言，当前其局部变量仅有1个，即函数的形式参数n。该参数的值应由调用者传递进来。将鼠标悬停在变量n的上方，可见其当前值为2。当然，也可以通过Add watch将变量n纳入观察列表。

一直按Next line，直到isPrime( )函数返回，由于2是质数，所以第23行的不是质数的条件不成立，第24行不会被执行，调试程序略过了第24行，指向了第25行。


再次按Next line后，第25行被执行，iFound由0变1，第26行蓝色高亮。

一直按Next line进行循环，直到i = 4且第23行蓝色高亮。

本次我们选择不进入isPrime()函数，再次按下Next line。由于i=4不是质数，因此第23行的条件成立，黄色箭头跳转到第24行的continue语句。

根据continue的语义，其将略过本轮循环的剩余语句（第25 ~ 26行），直接尝试下一轮循环。

按下Next line，可以看到，continue直接略过了第25 ~ 26行的剩余循环代码，直接跳到了for循环的更新表达式。由于Dev C++的调试功能不够健壮，如上图，看起来，程序的执行点跳转到了第19行，事实上，它应该指的是第21行。

再次按下Next line，可见i被更新表达式更新为5，再次经过循环条件测试后，程序来到了第23行。

5.观察输出

在程序调试过程中，随时可通过Alt+Tab组合键，或者点击Windows任务栏切换至终端窗口，查看程序执行结果。可以看到，2,3两个质数已被找出，4是合数被略过，正准备考察整数5。如果程序执行过程中需要读取键盘输入，也应该在这一窗口中提供。

6. 去除断点

如果调试的目的已达成，准备放弃调试，可以再次单击红色断点将其取消，如下图（点击红框处）：
此时，可以选择Continue （继续执行），在没有断点的情况下将程序执行完；也可以选Stop Execution，强行中止程序的执行。

7. 继续执行

取消断点后，我们选择了继续执行。程序执行完成后，IDE中与调试相关的箭头，局部变量列表等均消失不见，恢复至常规编辑界面。

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