VS实用调试技巧

一.什么是BUG

Bug一词的原意是虫子，而在电脑系统或程序中隐藏着的一些未被发现的缺陷或问题，人们也叫它"bug"。这是为什么呢？这就要追溯到一个程序员与飞蛾的故事了。

Bug的创始人格蕾丝·赫柏（Grace Murray Hopper），是一位为美国海军工作的电脑专家，也是最早将人类语言融入到电脑程序的人之一。而代表电脑程序出错的“bug” 这名字，正是由赫柏所取的。1947年9月9日，赫柏对Harvard Mark II设置好17000个继电器进行编程后，技术人员正在进行整机运行时，它突然停止了工作。于是他们爬上去找原因，发现这台巨大的计算机内部一组继电器的触点之间有一只飞蛾，这显然是由于飞蛾受光和热的吸引，飞到了触点上，然后被高电压击死。所以在报告中，赫柏用胶条贴上飞蛾，并把“bug”来表示“一个在电脑程序里的错误”，“Bug”这个说法一直沿用到今天。

格蕾丝·赫柏的报告

二.调试及其重要性

2.1 什么是调试

所有发生的事情都一定有迹可循，如果问心无愧，就不需要掩盖也就没有迹象了，如果问心有愧，就必然需要掩盖，那就一定会有迹象，迹象越多就越容易顺藤而上，这就是 推理的途径。顺着这条途径顺流而下就是犯罪，逆流而上，就是真相。

而我们程序员就好比一个侦探，一个用来寻找bug，修改bug的侦探。人们将这个过程叫做"Debug"(中文称作"调试")，意即"捉虫子"或"杀虫子"。每一次调试都是尝试破案的过程。

调试（英语：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。

2.2 调试的基本步骤

• 发现程序错误的存在

• 以隔离、消除等方式对错误进行定位

• 确定错误产生的原因

• 提出纠正错误的解决办法

• 对程序错误予以改正，重新测试

本文将详细介绍在windows系统的 VS环境下的调试过程。

2.3 Debug与Release的介绍

在VS中，我们会发现我们的程序可以在两个环境下运行，这两个环境就是Debug版本和Release版本，它们二者有何区别呢？

VS中的Debug与Release

Debug 通常称为 调试版本，它包含调试信息，并且不作任何优化， 便于程序员调试程序。
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， 以便用户很好地使用。

我们可以分别在两种环境下编译代码生成对应的可执行程序如下：

显然，Release版本的可执行文件比Debug版本的小很多，说明编译器对其作了优化。

因此，我们日常所说的调试是在Debug版本的环境下进行的，这是因为Release版本在不加以配置的情况下其调试信息会被编译器优化，对于程序员来说，调试基本都是在Debug环境下运行(本文下面的调试也都是在Debug环境下进行调试)。而对于测试人员来说，由于要站在用户的角度上来测试程序是否能正常使用，因此测试是在Release版本的环境下进行的。

但不排除编写的程序在Debug环境下没有问题，在Release版本出现问题的情况。有些问题在Release环境下才会浮现，这时我们就需要对Release版本进行配置，进行"调试"排查错误。我们有以下几种方法：

1. 项目 -> 属性 -> C/C++ -> 优化 -> 禁用优化，通过禁用优化使其能生成调试信息进行排错，如下：

2. 在项目 -> 属性 -> C/C++ -> 优化界面处，将选项逐个改为对应的Debug选项，如/O2改为/O1、/Oy改为/Oy-或者将运行时间优化改为程序大小优化。注意的是，一般一次只改一个选项，通过观察改哪个选项时错误消失来锁定该选项相关的错误，针对性地查找。个人较推荐这种方法。

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话又说回来，Release版本下编译器到底可能会做什么优化呢？请看如下代码：

#include 

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

我们很容易就发现对数组进行了越界访问，当程序运行起来时应该会崩溃。但是在Debug环境下我们发现程序并没有崩溃而是陷入了死循环：

我们运行调试代码转到反汇编如下：

我们知道，数据在栈上的开辟是从高地址向低地址处开辟的，因此在Debug环境下变量i的地址比数组arr的地址高。而在数组内部数据的存储是从低地址向高地址的，因此首元素地址arr是在数组所在空间的低位，如下：

我们很惊讶的发现（arr+12）就是变量i的地址。当循环过程中i等于12时，此时将arr[i]改为0就等价于将i的值修改为0，然后i++后i等于1小于12，继续进行循环，依次反复形成了死循环。如下：

整个过程简化图如下：

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而在Release版本的环境下程序并不会出现死循环的问题：

我们可以打印出此时变量i和数组在栈上的地址如下：

我们发现此时变量i被编译器优化到低地址处，arr[12]存储的值就不是i了，便不会出现死循环的情况。

综上，以上代码在Release版本下，编译器使 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，这便是优化带来的好处。

三.windows环境下调试介绍✨

首先第一步，我们需要将环境切换为Debug版本，才能进行调试

3.1 常用快捷键介绍

以下是在调试过程中最为常用的几个快捷键：

快捷键	功能
Ctrl+F5	开始执行而不进行调试。用于想让程序直接运行起来而不调试时。
F9	作用：创建断点和取消断点 断点：可以使程序在任何你想停下的地方停止执行，继而一步步执行下去。我们可以在任何地方设置断点，一个程序也可以有多个断点。
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，每次只执行一条语句，我们可以通过这个快捷键使我们的执行逻辑进入函数内部（这是F10所不具备的，F11是我们在调试过程中最常用的）
F5	启动调试到下一断点处，需要配合F9进行使用，如果程序没有断点则无异于Ctrl+F5

快捷键用法

我们还可以对某一断点设置停止条件，方法是 右键断点->单击条件->输入断点条件->关闭

例如：我们需要让程序停止在第4次循环处，我们可以输入i==4

此时单击F5运行到断点，我们查看自动窗口发现程序在停止时i的值为4

3.2 在调试过程中查看程序当前信息

开启调试后，我们可以在VS上方的调试->窗口看到许多用来查看数据信息的窗口：

3.3.1 监视窗口

通过监视窗口我们可以查看我们想要查看的 变量甚至是表达式的值在程序运行过程中的变化，十分灵活，这是我们调试中用得最多的窗口之一。如下：

3.3.2 自动窗口

打开自动窗口后，编译器会将一些可能需要观察的变量显示在窗口中，较为方便。其缺陷是可能无法显示我们真正需要观察的变量，并且 无法灵活显示表达式等的值。如下：

3.3.3 局部变量窗口

打开局部变量变量窗口，会将程序中的所有 局部变量全部显示出来。如下：

3.3.4 调用堆栈窗口

通过调用堆栈，可以清晰的反应 函数的调用关系以及当前调用所处的位置。如下：

通过调用堆栈窗口，我们可以发现，show函数栈帧在main函数栈帧之上，即 show函数是由main函数调用的。并且可以看出此时show函数运行到第20行。

3.3.5 内存窗口

通过内存窗口我们可以看到内存中的信息，可以 观察变量在内存中的存储情况。如下：

3.3.6 反汇编

我们可以查看当前程序转化后的汇编代码，进而从更底层的角度观察程序的执行过程。如下：

3.3.7 寄存器

通过寄存器窗口，我们可以观察在当前环境下CPU内的寄存器的使用信息，如ebp栈底寄存器、esp栈顶寄存器等等。

3.3 调试实例

我们上面通过调试分析了数组越界陷入死循环的问题。下面，我们再通过一道实例来掌握调试的技巧：

实现代码：求 1！+2！+3！ ...+ n! ；不考虑溢出。我们可能会写出以下代码：

#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;
    }
    printf("%d\n", sum);
    return 0;
}

当你输入3时，理论上应该输出9，但实际上程序却输出了15：

是什么问题导致出错了呢？这就需要我们动手进行调试。在调试之前我们可以先 预测问题的所在，比如 算阶乘时出错、 求和时出错等等。做到心里有数，而不是盲目的进行调试。

我们可以在ret*=j处设置一个断点，打开监视窗口监视ret和sum观察每个数阶乘的值和累加后的值，如下：

我们单击F10逐过程执行，当外层循环i的值为3时，即计算3的阶乘时，我们发现ret的初始值并非为1，而是2的阶乘。此时再计算3的阶乘，就是2*1*2*3=12 != 6，结果出错：

最后sum+ret的值就为15，与我们的输出相符：

可见，每次在求阶乘时，我们都应该把ret重置为1，正确的代码如下：

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;
        ret = 1; //将ret置1
        for (j = 1; j <= i; j++)
        {
            ret *= j;
        }
        sum += ret;
    }
    printf("%d\n", sum);
    return 0;
}

3.4 实践出真知

• 任何事情都不可能一蹴而就，一定要多加练习，才能熟练掌握调试技巧。

• 一个初学者可能80%的时间在写代码，20%的时间在进行调试；而一个程序员，可能80%的时间在进行调试，剩余20%的时间才是在写代码。

• 随之学习的深入，后续可能会出现很多更加复杂的调试场景，如多线程等。只有打好基础，在未来才能融会贯通，利于不败之地。

• 多多使用快捷键可以很大程度上提高效率。

四.如何写出便于调试的优秀代码

4.1 什么是优秀的代码

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

4.2 常用coding(编码)技巧

1.多使用assert断言，可以告知你出错的位置
2.尽量使用const，避免意外修改
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

4.3 实例

试模拟实现一个strcpy函数，尽量用到上述的编码技巧。如下：

char* strcpy(char* dst, const char* src) //const修饰防止对源字符串进行修改
{
    assert(dst && src); //避免传入空指针
    char cur = dst; //保存起始位置
    //将src的字符一个个拷贝到det中，包括'\0'
    while ((*dst++ = *src++)!='\0')
    {
        ;
    }
    return cur; //返回目标字符串，以便链式访问
}

五.编程中常见的错误

5.1 编译型错误

在 编译期间出现的错误。直接看错误提示信息（双击鼠标），解决问题。或者凭借经验就可以搞定。相对来说简单。

5.2 链接型错误

在 链接期间出现的错误。看错误提示信息，主要在代码中找到错误信息中的标识符，然后定位问题所在。一般是 标识符名不存在或者 拼写错误。

5.3 运行时出错

在 运行期间出现的错误。借助 调试，逐步定位问题。最难搞的一种错误

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不要害怕遇到错误，每出现一次的错误就是一次突破自我的机会。
学会积累排错经验，勇于尝试。不经风雨 ，怎能见彩虹

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以上，就是本期的全部内容啦

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