【初阶C语言】实用调试技巧（详细介绍）

1. 什么是bug？

Bug一词的原意是“昆虫”或“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”。“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。
与Bug相对应，人们将发现Bug并加以纠正的过程叫做“Debug”(中文称作“调试”），意即“捉虫子”或“杀虫子”。

后来就直接用bug 在很多的软件测试中 都用Bug来说明那些问题。

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。

2. 调试是什么？有多重要？

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。

一名优秀的程序员是一名出色的侦探。

每一次调试都是尝试破案的过程。

1. 我们是如何写代码的？
2. 又是如何排查出现的问题的呢？

拒绝-迷信式调试！！！！

2.1 调试是什么？

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

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办法
5. 对程序错误予以改正，重新测试

2.3 Debug和Release的介绍

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。

编译器进行了哪些优化呢？
请看如下代码：

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

如果是 debug 模式去编译，程序的结果是死循环。
如果是 release 模式去编译，程序没有死循环。

那他们之间有什么区别呢？
就是因为优化导致的。
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。

3. Windows环境调试介绍

注：linux开发环境调试工具是gdb

3.1 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。

3.2 学会快捷键

最常使用的几个快捷键：
F5

启动调试，经常用来直接跳到下一个断点处。

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。 这样就可以使得程序在想要的位置随意停止执行，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 长用的）。

CTRL + F5

开始执行不调试，如果你想让程序直接运行起来而不调试就可以直接使用。

3.3 调试的时候查看程序当前信息

3.3.1 查看临时变量的值

在调试开始之后，用于观察变量的值。

3.3.2 查看内存信息

3.3.3 查看调用堆栈

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。

3.3.4 查看汇编信息

在调试开始之后，有两种方式转到汇编：
（1）第一种方式：右击鼠标，选择【转到反汇编】：
（2）第二种方式：可以切换到汇编代码。

3.3.5 查看寄存器信息

可以查看当前运行环境的寄存器的使用信息。

4. 多多动手，尝试调试，才能有进步

1. 一定要熟练掌握调试技巧。
2. 初学者可能80%的时间在写代码，20%的时间在调试。但是一个程序员可能20%的时间在写程序，但是80%的时间在调试。
3. 我们所讲的都是一些简单的调试。
4. 以后可能会出现很复杂调试场景：多线程程序的调试等。
   多多使用快捷键，提升效率。

5. 一些调试的实例

5.1 实例一

实现代码：求 1！+2！+3！ …+ n! ；不考虑溢出。

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);  //举一个1到3的阶乘，1到3，1！+2！+3！=1 + 2 + 6 =9但编译器结果为15
	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;
}

举一个1到3的阶乘，1到3，1！+2！+3！=1 + 2 + 6 =9但编译器结果为15
这时候我们如果3，期待输出9，但实际输出的是15。

why?
这里我们就得找我们问题。

1. 首先推测问题出现的原因。初步确定问题可能的原因最好。
2. 实际上手调试很有必要。
3. 调试的时候我们心里有数

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;//经过调试，这样改就对了
		for (j = 1; j <= i; j++)
		{
    
    
			ret *= j;
		}
		sum += ret;
	}
	printf("%d\n", sum);
	return 0;
}

5.2 实例二

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

研究程序死循环的原因

原理：

1. i 和 arr 是局部变量，局部变量是放在栈区上的。
2. 栈区内存的使用习惯是，先使用高地址处的空间，再使用低地址处的空间，再使用低地址处的空间。
3. 数组随着下标的增长，地址是由低到高变化的。

注意：
该代码的运行结果是跟环境有关的。

6. 如何写出好（易于调试）的代码

6.1 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

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

6.2 利用模拟库函数strcpy示范

模拟实现库函数：strcpy

库函数strcpy本身的样子

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
    
    
	char arr1[] = "hello world";
	char arr2[20] = {
    
     0 };
	strcpy(arr2, arr1);
	printf("%s\n", arr2);
	return 0;
}

模拟实现库函数：strcpy

//模拟实现库函数：strcpy
//strcpy
// string copy
//字符串拷贝
//1
void my_strcpy(char* dest, char* src)
{
    
    
	while (*src != '\0')
	{
    
    
		*dest = *src;
		dest++;
		src++;
	}
	*dest = *src;  //\0的拷贝
}
int main()
{
    
    
	char arr1[] = "hello world";
	char arr2[20] = {
    
     0 };
	my_strcpy(arr2, arr1);
	printf("%s\n", arr2);

	return 0;
}

图片讲解：

优化代码：

//2
void my_strcpy(char* dest, char* src)
{
    
    
	while (*src != '\0')
	{
    
    
		*dest++ = *src++;
	
	}
	*dest = *src;  //\0的拷贝
}
int main()
{
    
    
	char arr1[] = "hello world";
	char arr2[20] = {
    
     0 };
	my_strcpy(arr2, arr1);
	printf("%s\n", arr2);

	return 0;
}

//3
void my_strcpy(char* dest, char* src)
{
    
    
	while (*dest++ = *src++)
	{
    
    
		;
	}
	//此时不需要\0的拷贝
}
int main()
{
    
    
	char arr1[] = "hello world";
	char arr2[20] = {
    
     0 };
	my_strcpy(arr2, arr1);
	printf("%s\n", arr2);

	return 0;
}
//4
#include <assert.h>
void my_strcpy(char* dest, char* src)
{
    
    
	//断言-对程序员自己是一件非常好的习惯,出错误会告诉在哪里
	//需要包含头文件<assert.h>
	assert(dest != NULL);
	assert(src != NULL);
	//or   assert( dest && src );
	while (*dest++ = *src++)
	{
    
    
		;
	}
}
int main()
{
    
    
	char arr1[] = "hello world";
	char arr2[20] = {
    
     0 };
	my_strcpy(arr2, arr1);
	printf("%s\n", arr2);

	return 0;
}

注意：

1. 分析参数的设计（命名，类型），返回值类型的设计
2. 这里讲解野指针，空指针的危害。
3. assert的使用，这里介绍assert的作用
4. 参数部分 const 的使用，这里讲解const修饰指针的作用
5. 注释的添加

6.3 const的作用

int main()
{
    
    
	//int n = 10;
	//n = 20;
	int n = 100;
	const int m = 0;
	//m = 20;//err
	//const 修饰指针
	//1. const 放在*的左边, *p不能改了，也就是p指向的内容，不能通过p来改变了。但是p是可以改变的，p可以指向其他的变量
	//2. const 放在*的右边,限制的是p，p不能改变，但是p指向的内容*p，是可以通过p来改变的
	//
	const int * p = &m;
	*p = 20;//err
	p = &n;//ok

	int* const p = &m;
	*p = 20;//ok
	p = &n;//err
	printf("%d\n", m);

	return 0;
}

结论：
const修饰指针变量的时候：

1. const 放在*的左边, *p不能改了，也就是p指向的内容，不能通过p来改变了。但是p是可以改变的，p可以指向其他的变量
2. const 放在的右边,限制的是p，p不能改变，但是p指向的内容p，是可以通过p来改变的

图解：
const 放在*的左边

const 放在*的右边

const 放在*的两边

知道这个的意义是为什么？

回过头来看：

#include <assert.h>
void my_strcpy(char* dest, const char* src)
{
    
    
	//断言-对程序员自己是一件非常好的习惯,出错误会告诉在哪里
	//需要包含头文件<assert.h>
	assert(dest != NULL);
	assert(src != NULL);
	//or   assert( dest && src );
	while (*src++ = *dest++)  //加const后，如果在打代码的过程中，交换对象写反后会产生报错
	{
    
    
		;
	}
}
int main()
{
    
    
	char arr1[] = "hello world";
	char arr2[20] = {
    
     0 };
	my_strcpy(arr2, arr1);
	printf("%s\n", arr2);

	return 0;
}

加const后，如果在打代码的过程中，交换对象写反后会产生报错，会提高代码的健壮性。

报错提醒如下：

将代码优化一下：

//strcpy函数返回的是目标空间的起始地址

char* my_strcpy(char* dest, const char* src)
{
    
    
	//断言 - 保证指针的有效性
	assert(dest && src);
	char* ret = dest;
	//把src指向的字符串拷贝到dest指向是的数组空间，包括\0字符
	while (*dest++ = *src++)
	{
    
    
		;
	}
	return ret;
}

int main()
{
    
    
	char arr1[] = "hello world";
	char arr2[20] = {
    
     0 };
	//链式访问
	printf("%s\n", my_strcpy(arr2, arr1));

	return 0;
}

练习：
模拟实现一个strlen函数
库函数strcpy本身的样子

#include <string.h>
int main()
{
    
    
	int len = strlen("abc");
	printf("%d\n", len);
	return 0;
}

模拟实现：

int my_strlen(char* str)
{
    
    
	int count = 0;
	while (*str != '\0')
	{
    
    
		count++;
		str++;
	}
	return count;
}
int main()
{
    
    
	int len = my_strlen("abc");
	printf("%d\n", len);
	return 0;
}

由上面内容，直接优化

#include <stdio.h>
#include <assert.h>

int my_strlen(const char* str)
{
    
    
	int count = 0;
	//assert(str != NULL);
	assert(str);
	//while (*str != '\0')
	while (*str)
	{
    
    
		count++;
		str++;
	}
	return count;
}

int main()
{
    
    
	int len = my_strlen("abc");
	printf("%d\n", len);
	return 0;
}

7. 编程常见的错误

7.1 编译型错误

ctrl+f - 搜索

直接看错误提示信息（双击），解决问题。或者凭借经验就可以搞定。相对来说简单。

7.2 链接型错误

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。

7.3 运行时错误

借助调试，逐步定位问题。最难搞。

温馨提示：
做一个有心人，积累排错经验。
讲解重点：
介绍每种错误怎么产生，出现之后如何解决。

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