【python基础知识】11.如何debug -常见报错原因及排查思路 - 思维篇

前言

想必在学习python的过程中，最让你感到沮丧和苦恼的是来自运行代码时候的无情报错，那鲜艳的红色预警每次都能让你叹气三连。

但请相信那句亘古不变的鸡汤——“失败乃成功之母”，大佬都是经历了报错的千锤百炼才有了如今的成就，所以不要因此打消你的学习积极性。

那作为一个过来人，为了让你少走一些弯路，这一关我会教授一些如何处理程序错误的小技巧。在此之前，我想和你讲一位女科学家和一只臭虫的故事。

Bug

故事的主人公是被誉为计算机程序之母的格蕾丝·赫伯（Grace Hopper）。时光回到1947年，当时她正在为下图这个庞然大物编制程序。

这是世界上第一部万用计算机的进化版——马克2号（Mark II）。瞧瞧这庞大的机器，可想而知，格蕾丝不止要做脑力活儿，还得做体力活儿。

有一天，她正在调试程序（就跟我们在电脑上运行代码，看终端有没有报错一样），结果老是出现故障。

层层排查后，她拆开了继电器，结果发现有只飞蛾被夹扁在触点中间，从而“卡”住了机器的运行。揪出来之后，格蕾丝幽默地把这只幺蛾子的尸体贴在了她的工作日志上，并喊它叫bug（臭虫）。

从此，bug就化身计算机领域里程序故障的代名词，成为程序员一生如影随形的“亲密敌人”。

Debug

Debug听上去很专业，意思其实就是“捉臭虫”，也就是自查和解决代码中的问题。

你是不是经常遇到过写出来的代码有着莫名其妙的问题？也许是电脑报错无法运行程序，也许是虽然程序可以运行，但效果却和预期中很不一样。

俗话说的好，coding五分钟，debug两小时。所以，这一关我们就来玩玩Debug游戏，看看你能不能帮助他们“杀”死这些捣蛋虫吧！

一起动手来Debug

在python中，常见的bug，一般都是由以下几种原因导致的：
粗心、知识不熟练、思路不清、被动掉坑

相信你学完这篇后，之后遇到bug也能面不改色，更容易发现和解决自己代码中的问题。让我们立马开始吧～

bug 1：粗心

那么首先，我们来看第一种类型：由粗心导致的错误代码：

a = input('请输入密码：')
if a == '123456'
    print('通过')

这段代码的意思是：如果用户输入123456，屏幕上会打印出“通过”。但运行这段代码，终端会报错：

请找找这段代码的bug在哪，思考一下如何修改程序后让它可以正常运行。

相信眼尖的你能发现，这段代码的问题是少了一个【英文冒号】。

仔细看报错，其中有3个关键信息。（1）line 2代表这个bug出现在第2行，所以，我们在Debug的时候，可以优先从第2行开始检查。

（2）^代表bug发生的位置，这里指出的位置是第二行末尾。（3）这一行写的是错误类型，SyntaxError指的是语法错误。

一开始可能对错误类型的英文不太熟悉，可以直接复制到百度搜索：

像这样，通过理解报错信息，我们可以快速定位错误的根源。这种阅读、搜索报错信息的能力，在我们以后独立编写愈来愈复杂的程序时显得尤为重要。

我们再来看一段代码。别看这段代码只有两行，却有3处粗心错误，请你帮忙debug，让它能够顺利运行：

for x in range(10)：
         print（x）  

你找到bug了么？

需要特殊说明的是：上面的代码不改缩进不会报错。因为缩进只要结构统一，代码就可以正常运行，但是我们约定俗成是 1 个缩进等于 4 个空格，这不是“语法错误”性质的 bug，而是“不规范”性质的 bug。

这是debug前后的代码，对比一下。

# 这是debug前的代码：
for x in range(10)：
    　print（x）　　

# 这是debug后的代码：
for x in range(10):
    print(x)  

虽然粗略地看起来差别不大，但编写代码的严谨性往往就体现在细微之处。

相信以上对你来说应该是小菜一碟，那让我们继续将挑战的难度提升。

下面这段代码的目的是：用户输入用户名和密码，当用户名为abc且密码为123时，显示登录成功，否则登录失败。用户最多可以尝试输入3次。请你修改代码，让程序能顺利运行。

要提醒你，如果光看代码看不出问题，完全可以运行后查看报错信息，再进行修改。

while n<3:
    username = input("请输入用户名：")
    password = input("请输入密码：")
    if username = 'abc' and password = '123':
        print("登录成功")
        break
    else
        n=n+1
        print("输入有误")
else
    print("你输错了三次，登录失败")

怎么样，找到所有问题了吗，代码能正常运行了吗？

这里有3处问题：（1）没有定义变量n，就使用n<3 （2）=是赋值，判断两个值是否相等应该用==（3）2处else后面都漏了冒号。

修改后的参考代码是这样的：

n=0
while n<3:
    username = input("请输入用户名：")
    password = input("请输入密码：")
    if username == 'abc' and password == '123':
        print("登录成功")
        break
    else:
        n=n+1
        print("输入有误")
else:
    print("你输错了三次，登录失败")

运行结果：

请输入用户名：123
请输入密码：gkjhk
输入有误
请输入用户名：abc
请输入密码：123
登录成功

开始学编程的时候，因为粗心导致的bug可能所占的比重最大，这里老师也提供一份自检清单，列出一些新手最容易犯的粗心错误，多有意识地注意以后就能少犯了。

bug 2：知识不熟练

接下来，我们来看看第二种bug：由于知识不够熟练而引起的错误。

让我们一如既往来找茬，该代码的目的是取出列表中的’星期日’，请修改代码让它能正确运行。

week = ['星期一','星期二','星期三','星期四','星期五','星期六','星期日']
sunday = week[7]

print(sunday)

运行结果：

Traceback (most recent call last):
  File "/home/python-class/classroom/apps-1-id-5cd9765e19bbcf00015547b8/57/main.py", line 2, in 
    sunday = week[7]
IndexError: list index out of range

这里的知识错误很明显是：忘记了列表的索引是从0而不是从1开始的。所以，正确的代码应该这样写：

week = ['星期一','星期二','星期三','星期四','星期五','星期六','星期日']
sunday = week[6] # week[6]代表列表“week”中的第7个值

print(sunday)

再来一道题：某同学建了一个空列表a，希望往里面增加3个值，让最后的列表变成 [‘A’,‘B’,‘C’]，但写出的代码有误。请你帮忙debug，让它能够顺利运行。

a = []
a = append ('A','B','C')

这里的问题出在append()函数，回顾课堂中append()函数的相关知识，或者搜索“python append”，我们可以知道，并没有a=append(‘A’,‘B’,‘C’) 这种用法。

append()函数是列表的一个方法，要用句点.调用，且append()每次只能接受一个参数，所以正确的写法是这样：

a = []
a.append('A')
a.append('B')
a.append('C')
print(a)

或者写成：

a = []
for i in ('A','B','C'):
    a.append(i)
print(a)

这种bug给我们的启示是：当你发现知识点记不清或者不能确定的时候，就要及时复习或者上网搜索。不要强行写出自己不敢确定的代码，这种情况往往容易出错。

如果对某个基础知识点没有熟练的掌握，随着往后知识广度、深度以及项目难度的增加，很可能会增加大量的理解成本，所以多复习、多练习总是没有错滴。

bug 3：思路不清

接下来我们要挑战的是“思路不清bug”，解决了这类bug，对于初学者而言，八成的问题都能自己解决了。

思路不清指的是当我们解决比较复杂的问题时，由于我们对细节和实现手段思考得不够清楚，要么导致一步错，步步错；要么虽然没有报错，但是程序没有达到我们想要的效果。

针对这一点，我先给大家推荐两个工具：
print和#注释

print()

先来看print()函数。这是大家一开始就接触的函数。我们对它的功能也非常熟悉了——打印内容在屏幕上。

但其实它也能成为我们检验对错的里程碑：遇到关键步骤时print出来，看是否达到我们所期望的结果，以此来揪出错误的那一步。

#号注释

#号注释我们也学过，计算机是不会执行代码中的#号和其之后的内容的。

print('伊丽莎白')
#print('我属于我自己')

比如这个就只会执行第一行代码，而第二行代码会被计算机视而不见。

因此，当你写的代码总是不对，又弄不明白哪里不对的时候，使用#号把后面的代码注释掉，一步一步运行，可以帮助排除错误。

print()函数常和#号注释结合在一起用来debug。

练习题1

下面来讲一个例子：

以下是一个同学提交的一段错误代码，大家可以运行看看（记得这里有input()函数，要在终端输入，然后点击enter）：

movie = {
    '妖猫传':['黄轩','染谷将太'],
    '无问西东':['章子怡','王力宏','祖峰'],
    '超时空同居':['雷佳音','佟丽娅']
}

name=input('你查询的演员是？')
for i in movie:
    actors=[i]
    print(actors) #使用print() 函数查看操作是否正确。
    if name in actors:
        print(name+'出演了'+i)

你可以体验到，这个程序没有达到题目要求的效果，可是又没有报错。这时就需要我们思考，问题出在哪里呢？

1-7行看不出问题，因为字典的写法挺规范的，没出现“粗心bug”。所以，问题应该出现在for循环下面的语句中。

继续看第8行：这位同学想要用for循环遍历这个字典。第9行：这位同学试图取出字典中的值。（对字典用法熟悉的人可以看出，这不符合语法规范）

但如果他自己不知道怎么回事的话，这时，就可以用注释和print()函数来帮助他看看到底是怎么回事，请看下面的第10-12行代码：

movie = {
    '妖猫传':['黄轩','染谷将太'],
    '无问西东':['章子怡','王力宏','祖峰'],
    '超时空同居':['雷佳音','佟丽娅']
}

name=input('你查询的演员是？')
for i in movie:
    actors=[i]
    print(actors) #使用print() 函数查看操作是否正确。
    #if name in actors:
        #print(name+'出演了'+i)

我们先把11-12行的代码注释掉，也就是在代码前面分别加一个#。（多行注释有两种快捷操作：1、在需要注释的多行代码块前后加一组三引号’‘’ 2、选中代码后使用快捷键操作：Windows快捷键是ctrl+/，Mac为cmd+/，适用于本地编辑器）

我们先执行前面的代码，并且用print(）函数确定这行的操作有无问题。如果运行这段代码，输入’黄轩’，终端会这样显示：

可见这样写取到的全部是字典的键，而非值。这时，就能意识到是这一行出了问题，他可以回看知识点，发现字典的值的取法，然后修改代码。

请你来帮他修改代码吧，回想下要如何取出字典里的值。

参考答案是这样的：

movie = {
    '妖猫传':['黄轩','染谷将太'],
    '无问西东':['章子怡','王力宏','祖峰'],
    '超时空同居':['雷佳音','佟丽娅']
}

name=input('你查询的演员是？')
for i in movie:
    actors=movie[i]
    if name in actors:
        print(name+'出演了'+i)
        break
else:
    print(name+'的电影暂时没有出演，敬请期待！')

小结

通过这次debug，我们掌握了解决思路不清bug的三步法：

练习题2

打铁要趁热，让我们继续来实操。以下代码是一位学员制作的猜硬币游戏，一共有两次猜的机会。

import random

guess = ''

while guess not in ['正面','反面']:
    print('------猜硬币游戏------')
    print('猜一猜硬币是正面还是反面？')
    guess = input('请输入“正面”或“反面”：')

# 随机抛硬币，0代表正面，1代表反面
toss = random.randint(0,1)

if toss == guess:
    print('猜对了！你真棒')
else:
    print('没猜对，你还有一次机会。')
    guess = input('再输一次“正面”或“反面”：')
    if toss == guess:
        print('你终于猜对了！')
    else:
        print('大失败！')

但是，这位学员可能没有想清楚代码的逻辑，导致这个程序有个致命问题：用户永远都不可能猜得对。那要如何把这段代码修改正确呢？请你来试一试。

因为这个程序不报错，所以就算没解决问题，程序也会运行通过。所以需要你自己判断你修改的逻辑是否正确了。

怎么样，你解决了吗？
现在来讲讲解决的思路：
解决问题的第一步，可以先分析代码的含义。

首先，代码开头导入了random模块，并定义了变量 guess。

import random
guess = ''
while guess not in ['正面','反面']:

第三行的guess = input(‘请输入“正面”或“反面”：’)可以分析出，guess是用来存用户输入的变量。

然后继续往下分析while语句：

import random

guess = ''

while guess not in ['正面','反面']:
    print('------猜硬币游戏------')
    print('猜一猜硬币是正面还是反面？')
    guess = input('请输入“正面”或“反面”：')

这一段语句，首先需要弄明白的是while后面跟的条件【guess not in [‘正面’,‘反面’]】的含义。

因为[‘正面’,‘反面’]是一个列表，guess是一个变量，所以看起来这个条件的意思是“如果guess这个变量如果不在[‘正面’,‘反面’]这个列表中，就开始循环”。

所以，你可以先试着随便输入一些东西，看看这个循环会怎么运行：（当我们输入的信息不是【正面】或【反面】的时候，程序会不停地循环，输入【正面】或【反面】的时候可以结束循环）

import random

guess = ''

while guess not in ['正面','反面']:
    print('------猜硬币游戏------')
    print('猜一猜硬币是正面还是反面？')
    guess = input('请输入“正面”或“反面”：')

运行结果：

------猜硬币游戏------
猜一猜硬币是正面还是反面？
请输入“正面”或“反面”：kk
------猜硬币游戏------
猜一猜硬币是正面还是反面？
请输入“正面”或“反面”：ff
------猜硬币游戏------
猜一猜硬币是正面还是反面？
请输入“正面”或“反面”：正面

果然，当我们输入的信息不是【正面】或【反面】的时候，程序会不停地循环。

那到了这里，程序都没有问题。我们接着看。

接下来第11行代码toss = random.randint(0,1)，注释上说，这个代码是随机抛硬币，0代表正面，1代表反面。

为了确定random.randint(0,1)功能无误，我们可以写一段代码，随机产生20个数字，看看效果是否如我们所愿。

# 以下代码无需修改，直接运行即可
import random

for i in range(20):
    toss = random.randint(0,1)
    print(toss)

运行结果：

1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
0
0
1
1
0

运行后我们发现，随机产生的20个数字的确要么是0，要么是1。所以我们继续看代码。

问题应该就出现在后面的条件判断语句了。为了方便发现问题，我们可以加入两个print，把条件判断语句先注释掉，看看guess、toss这两个变量，存起来的是什么东西。（直接运行代码，然后输入【正面】或【反面】）

# 以下代码无需修改，直接运行即可
import random

guess = ''

while guess not in ['正面','反面']:
    print('------猜硬币游戏------')
    print('猜一猜硬币是正面还是反面？')
    guess = input('请输入“正面”或“反面”：')

# 随机抛硬币，0代表正面，1代表反面
toss = random.randint(0,1) 

print(guess)
print(toss)

#if toss == guess:
  #  print('猜对了！你真棒')
#else:
  #  print('没猜对，再给你一次机会。')
   # guess = input('再输一次“正面”或“反面”：')
   # if toss == guess:
    #    print('你终于猜对了！')
    #else:
      #  print('大失败！')

运行结果：

------猜硬币游戏------
猜一猜硬币是正面还是反面？
请输入“正面”或“反面”：正面
正面
0

原来，toss会随机生成0或1，而guess会是“正面”或“反面”，这当然会导致【toss == guess】条件为假！也就是无论怎么猜，条件都不成立。

所以，我们已经找到了代码的bug所在，请你思考一下如何解决这个问题，并修复最终的代码吧！：）

在这里提供两种答案，第一种方法是先创建一个列表：

import random

all = ['正面','反面']
guess = ''

while guess not in all:
    print('------猜硬币游戏------')
    print('猜一猜硬币是正面还是反面？')
    guess = input('请输入“正面”或“反面”：')

toss = all[random.randint(0,1)]
# 随机抛硬币，all[0]取出正面，all[1]取出反面

if toss == guess:
    print('猜对了！你真棒')
else:
    print('没猜对，再给你一次机会。')
    guess = input('再输一次“正面”或“反面”：')
    if toss == guess:
        print('你终于猜对了！')
    else:
        print('大失败！')

第二种方法更为取巧，直接把输入的信息限定为’0’或’1’。

import random

guess = ''

while guess not in [0,1]:
    print('------猜硬币游戏------')
    print('猜一猜硬币是正面还是反面？')
    guess = int(input('“正面”请输入0,“反面”请输入1：'))
    #注意要用int()将字符串类型转换为数字类型

toss = random.randint(0,1)

if toss == guess:
    print('猜对了！你真棒')
else:
    print('没猜对，再给你一次机会。')
    guess = int(input('再输一次（“正面”请输入0,“反面”请输入1）：'))
    if toss == guess:
        print('你终于猜对了！')
    else:
        print('大失败！')

相信这个例子能让你感受到如何利用print()和#号注释帮助我们理清解题思路，找到问题所在吧。

那我们来看看最后一种bug——“被动掉坑”。

bug 4：被动掉坑

被动掉坑，是指有时候你的代码逻辑上并没有错，但可能因为用户的错误操作或者是一些“例外情况”而导致程序崩溃。

我们举个例子，当运行以下代码的时候，如果输入的东西不是整数，则程序一定会报错。

age = int(input('你今年几岁了？'))
if age < 18:
    print('不可以喝酒噢')

当我们输入的不是整数，程序会这样报错：

这里的“ValueError”的意思是“传入无效的参数”。因为，int()函数只接受数字以及内容为整数的字符串。

当我们输入浮点数的时候，input()函数会返回一个内容为浮点数的字符串，同样不符合int()函数的参数要求。

对于这种“被动掉坑bug”，我们该怎么解决呢？请判断下列思路是否可行：

写个条件判断——用type()函数，判断用户输入的是不是整数（2）写个while循环：如果用户输入的不是整数——让用户重输入。

你可能猜到了，这个思路的确行不通。

为什么这么说呢？你输入一个数字试试就知道了：

#你可以输入1试试。
age = input('你今年几岁了？')
print(age)
print(type(age))

运行结果：

你今年几岁了？1
1

可以发现，input()函数默认输出的数据类型是字符串，哪怕你输入的数字1，也会被转化为字符串’1’。所以type()函数并不能帮我们判断输入的到底是不是数字。

到这里，似乎只能强硬提醒用户一定要输入数字了呢？其实不然。

try…except…语句

为了不让一些无关痛痒的小错影响程序的后续执行，Python给我们提供了一种异常处理的机制，可以在异常出现时即时捕获，然后内部消化掉，让程序继续运行。

这就是try…except…语句，具体用法如下：

让我们举个例子。刚才的报错，可以查到报错类型是“ValueError”：

现在你试试不输入整数(比如输入个abc之类的），看代码是否会报错：

try:
    age = int(input('请输入一个整数：'))
except ValueError:
    print('要输入整数噢')

运行结果：

请输入一个整数：ojo
要输入整数噢

所以，用新学到的知识，来试一试解决之前程序的bug吧：

age = int(input('你今年几岁了？'))
if age < 18:
    print('不可以喝酒噢')

参考答案是这样的：

#不用修改代码，直接运行即可，尝试多输入几次非数字
while True:
    try:
        age = int(input('你今年几岁了？'))
        break
    except ValueError:
        print('你输入的不是数字！')

if age < 18:
    print('不可以喝酒噢')

代码要点有两个：（1）因为不知道用户什么时候才会输入正确，所以设置while循环来接受输入，只要用户输入不是数字就会一直循环，输入了数字就break跳出循环。（2）使用try……except……语句，当用户输错的时候会给予提示。

我们再来看一个例子，下列代码的目的是遍历列表中的数字，依次用6除以他们。你可以运行一下，看看报错类型是什么。

num = [1,2,0,3]
for x in num:
    print (6/x)

运行结果：

3.0
Traceback (most recent call last):
  File "/home/python-class/classroom/apps-1-id-5cd9765e19bbcf00015547b8/2aeac2a0-9762-906f-461b-5e91c156d62f/main.py", line 3, in 
    print (6/x)
ZeroDivisionError: division by zero

可见，报错类型是ZeroDivisionError，因为小学数学告诉我们，0是不可以做除数的，所以导致后面的循环无法执行。

这时呢，你可以使用try…except语句来帮助你：如果出现ZeroDivisionError就提醒’0不能做除数’，现在请你尝试把代码补全吧～

补全后的参考代码：

num = [1,2,0,3]
for x in num:
    try:
    #尝试执行下列代码
        print (6/x)
        #使用6除以num中的元素，并打印
    except ZeroDivisionError:
    #除非发生ZeroDivisionError报错，执行下列代码：
        print('0是不能做除数的！')
        #打印“0是不能做除数的！”

运行结果：

6.0
3.0
0是不能做除数的！
2.0

最后，关于Python的所有报错类型，有需要的话可以在这里查阅：https://www.runoob.com/python/python-exceptions.html

总结

好了，我们已经把四种类型的bug和解决方案都介绍了一遍，现在我们稍微回顾一下。

针对粗心造成的bug，有一份自检清单帮助大家检查。

针对知识点不熟造成的bug，要记得多复习，查阅笔记，针对性地做练习掌握用法。

针对思维不清的bug，要多用print()函数和#注释一步步地排查错误。

针对容易被忽略的例外情况从而被动掉坑的bug，可以用try…except语句让程序顺利运行。

最后，希望大家以后在面对bug的时候能耐心地找到问题的根源，尝试独立思考、排查错误，逐步提升debug的能力。