C语言——VS实用调试技巧

有个名字好难啊

已于 2024-11-03 18:34:56 修改

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文章标签： c语言

于 2024-11-03 18:34:48 首次发布

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文章目录

什么是bug？
什么是调试（debug）？
debug和release
VS调试快捷键
- 环境准备
- 调试快捷键
监视和内存观察
- 监视
- 内存
调试举例1
调试举例2
调试举例3：扫雷
编程常见错误归类

什么是bug？

bug本意是“昆虫”或“虫子”，现在一般是指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，简称程序漏洞。

“Bug” 的创始⼈格蕾丝·赫柏（Grace Murray Hopper），她是一位为美国海军工作的电脑专家，1947年9月9日，格蕾丝·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。

什么是调试（debug）？

当我们发现程序中存在问题的时候，那下一步就是找到问题，并修复问题。这个找问题的过程被称为调试，英文叫debug（消灭bug的意思）。
调试一个程序，首先是承认出现了问题，然后通过各种手段去定位问题的位置，可能是逐过程的调试，也可能是隔离和屏蔽代码的方式找到问题，然后确定错误产生的原因，再去修复代码，重新测试。

debug和release

在VS上编写代码的时候，就能看到有debug和release两个选项，分别是什么意思呢？
在这里插入图片描述
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。
程序员在写代码的时候，需要经常性的调试代码，就将这里设置为debug，这样编译产生的是debug版本的可执行程序，其中包含调试信息，是可以直接调试的。
当我们设置为debug，写一段代码，生成解决方案
在这里插入图片描述
这个时候编译出的文件的路径在Debug文件夹底下生成了一个test_9_15.exe可执行程序

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。当程序员写完代码，测试再对程序进行测试，直到程序的质量符合交付给用户使用的标准，这个时候就会设置为release，编译产生的就是release版本的可执行程序，这个版本是用户使用的，无需包含调试信息等

什么叫做发布版本呢？
就是软件开发人员以及把这个程序开发好了，开发好后交给测试人员测试，测试人员经过一定的测试后发现没什么问题，这个版本就可以发布出去给用户使用了，给用户使用的版本就是发布版本（也叫release版本）。

我们设置成release然后用这段代码生成解决方案
在这里插入图片描述
生成了release版本的可执行程序

那么怎么看代码大小和运行速度都是最优的呢？

先右键打开所在的文件夹
再到上一层的路径上，点进x64
会发现我们刚刚编译生成的两个版本的程序：debug和release分别放在了不同的文件夹底下
当我们进入到debug文件下后，发现生成的可执行程序是61KB

再回到上一层路径下，进入release文件夹下，发现release版本的可执行程序只有11KB

由此看来，生成的release版本在代码大小上遥遥领先。

这是为什么呢？
因为debug版本里面得包含调试信息，为了能调试代码，记录额外的信息，同时它也不能任何的优化，所以使得它的大小比较大。而release版本是用户使用的版本，不用包含任何的调试信息，也有各种优化，所以代码大小和运行速度都是最优的。

VS调试快捷键

那程序员怎么调试代码呢？

环境准备

首先是环境准备，需要一个支持调试的开发环境，我们使用的是VS，应该把VS上设置为debug，如图：
在这里插入图片描述

调试快捷键

调试最常用的几个快捷键：

F9：创建断点和取消断点（通常F9都是与其他快捷键配合使用）

断点的作用是可以在程序的任意位置打上断点，打上断点就可以使得程序执行到这个位置时停下来，暂停执行。接下来我们就可以使用F10，F11这些快捷键，观察代码的执行细节。
条件断点：满足这个条件，才触发断点。
eg:
当我在29行代码这里按F9打上断点
再按F5直接跳到这行代码上，箭头来到29行代码这里，此时 i 的值为0。这种断点是普通断点

当我们鼠标移动到断点处右击鼠标，就会出现“条件”俩字，单击条件
勾选条件

此时我们就可以设置条件了

例如我们在里面设置，当i==5的时候才触发这个断点。输入“ i==5 ”后回车，再点关闭。
当我们按F5直接调试时，会发现“ i==5 ”时就自己停下来了
这种就叫做条件断点，想要在什么条件停下来，就设置条件断点

F5：通常与F9配合使用，先用F9在那一行代码上打上断点，再按F5即可跳转到那一行代码（前面跳过的代码都会执行）
注意：想运行程序的时候不能直接按F5，因为F5不是用来运行程序的，而是用来跟F9配合调试用的。因为代码中一个断点也没有设置，这时程序会直接把所有代码全部执行完毕，停在最后。并且在一些编译器里按F5是不会停下来的，执行完程序后一闪而过，什么也没有，看不到调试控制台那个窗口。

当调试过程中想要跳到后面的某一行代码，但还需要执行多行代码时，可直接使用F9在想要跳到的那一行代码上打上断点，再按F5，就可以直接跳到那一行代码处（跳到那一行代码时，前面的跳过的代码也照样执行完毕）
注意：
当我们在第11行按F9打上断点，再按F5跳转到这行代码上，此时这行代码前面的断点处就会出现一个箭头，并且前面略过的代码也打印出了10个“hehe”

要是我们再在13行代码前打上断点，那么下次按F5时，箭头会不会直接跳转到13行代码的断点上呢？
答案是：箭头没有跳转到13行
我们发现，再次按F5时箭头并没有跳转到13行代码前，而是仍然在第11行代码面前，并且多打印了“haha"

这是因为程序在执行过程中，因为循环的原因，程序会又一次来到11行这个断点处，看到断点后就停下来了。
所以F5的作用是让箭头来到执行逻辑上的下一个断点处，而不是物理上的下一个断点。
如果想箭头跳转到13行处，就在11行处按F9取消断点，然后再按F5就可以了，此时10个“haha”也打印了

F10：逐过程，通常用来处理一个过程，一个过程可以是一条语句，或者是一次函数调用（直接执行完函数，不进入函数内部）。
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。在函数调用的地方，想进入函数内部观察细节，必须使用F11，如果使用F10的话，会直接完成函数的调用。
CTRL＋F5：开始执行不调试。如果你想让程序直接运行起来不调试代码，就可以直接使用CTRL＋F5。

VS更多快捷键了解：http://blog.youkuaiyun.com/mrlisky/article/details/72622009

监视和内存观察

在调试的过程中，我们如果要观察代码执行过程中变量的值，有哪些方法呢？
例如：
在这段代码中，我们想知道程序在执行的过程中i变成多少了，该怎么办呢？
在这里插入图片描述
这时候就可以打开监视窗口来观察

监视

那么该怎么打开监视的窗口呢？
在这里插入图片描述

注意：在打开监视窗口之前的前提是正在调试

添加要监视的项后就可以观察到变量的变化了，这个过程中变量的变化就可以被观察（监视）到了
在这里插入图片描述
并且如果还想看i的地址，则在监视窗口写上“取地址i”就可以看到i的地址

甚至还可以在监视里放上一个表达式

并且会根据程序的变化而变化

内存

看完了监视窗口，我们也可以看看内存窗口
我们运行以下代码，可以通过监视来查看数组的各种变化：
在这里插入图片描述
而我们有时候不仅仅要看到变量的变化，也要看到内存的变化，所以我们要打开内存窗口

内存中的数据里，一个字节占一个地址。
例如：“4c”占一个字节，“8d”占一个字节，“8c”占一个字节…

此时我们想看arr数组里面的内容，则可在地址栏中输入数组的地址。
那么怎么输入数组的地址呢？
数组名其实是数组首元素的地址（也就是数组名就是数组空间起始位置的地址），并且数组在内存中是连续存放的，所以直接在数组栏中输入arr就可以了。
在这里插入图片描述
因为这个数组是整型数组，每个元素是一个整型，一个整型是4个字节，在中间的内存数据中，一个地址是一个字节。所以我们可以把列设为：一行显示4列，即每行就是一个数组元素。

接着按F11调试，看内存随代码的变化而变化
在这里插入图片描述

调试举例1

求 1！＋2！＋3！＋4！＋…10! 的和，请看下面代码：

阶乘：
5的阶乘：5！==5*4*3*2*1
4的阶乘：4！==4*3*2*1
如果要求上面各个阶乘的和，我们可以先写个代码求出n的阶（n!），n为几，几的阶乘就出来了。然后再把求出的每个阶乘加起来就行了。

首先我们先写出个代码求出n的阶乘
求n的阶乘就是1~n的乘积，例如5的阶乘为：1~5的乘积，即1*2*3*4*5。
所以我们写个代码求出n的阶乘就行了
在这里插入图片描述
当输入的n为3的时候，i=1小于3满足条件进入第一次循环。
此时i=1，ret=1.
进入循环ret=1*1=1.（此时算的可以看作是1的阶乘）
循环完后此时i=1，ret=1.
i=2进入第二次循环，此时i=2，ret=1.
进入循环ret=1*1*2=2（此时可以看作是2的阶乘）
循环完后i=2，ret=2
i=3进入第二次循环，此时i=3，ret=2
进入循环ret=1*1*2*3=6（此时可以看作是3的阶乘）
因为i<=n，所以当i为几的时候，就是几的阶乘。
当n输入其他数字也同理，用ret=ret*i即可算出1到n的乘积

我们也可以用另一种方式

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
int main()
{
	int n = 0;
	int i = 0;
	int ret = 1;
	int sum=0;
	for (n = 1; n <= 3; n++)
	{
		for (i = 1; i <= n; i++)
		{
			ret *= i;
			//ret=ret*i
		}
		sum+=ret;
		//sum=sum+ret
	}
	printf("%d\n",sum);
	return 0;
}

由上例的代码知道，内循环i为几就是求得几的阶乘
此段代码由n<=3可知，求得是1！＋2！＋3！的和

外循环n=1时进入内循环，内循环里面就是求1的阶乘
当内循环里i=2不满足i小于等于n(1)时，内循环停止进入外循环，执行表达式三，调整变量n=2，也就是再次进入内循环接着求2的阶乘…以此类推
但最后的结果确实错误的，因为1！＋2！+3！应该等于9，而这里却等于15 在这里插入图片描述

所以，我们要调试找出问题在哪
调试就是照着程序走，看一看程序有没有按照我们预期的方式走。如果没有按照预期走，那么说明代码有问题

按F11，调出监视窗口，将我们创建的变量添加上去，以便观察。
接下来要进入循环了，看看代码是不是按照我们设想的走
按照我们的想法，n为1<=3进入循环，n为1，内循环求得就是1的阶乘。所以我们调试看看监视窗口是不是求得1的阶乘
n=1的整个循环结束都没有任何问题，我们再往下走，当n++为2再次进入循环验证剩下的步骤
n变为2了，内循环求得就是2的阶乘了。n为1时i为2，此时进入内循环又将被初始化为1
n为2的整个循环过程也没有问题，内循环ret=1*1*2=2，求得是2的阶乘，加上sum为3
n变为3，内循环求得就是3的阶乘
- 当i再次被初始化为1<=3程序继续往下走时
  结果：
- i++变为2继续执行程序
  结果：
- i++变为3继续执行程序结果：
所以

因为ret是在循环外部创建的，外面创建后里面使用不初始化的话，会逐渐产生累积效果。
我们要算某个数阶乘的话ret应该从1开始
如果上一次ret产生的值不是1，算的数字会越来越大。
例如：我们算了2！在后面算3的阶乘的时候是在ret=1*2的基础上再乘的3！。也就是ret=1*2*1*2*3

所以，在每一次算一个数的阶乘之前，都应该将ret初始化为1

在这里插入图片描述
正确代码：

上段代码虽然写完了，但是不是一段好代码，接下来优化一下代码
因为
1!==1*1
2!==1*1*2
3!==1*1*2*3
4!==1*1*2*3*4
我们发现:
只要知道3!，算4！就是3！*4;
只要知道2!，算3！就是2！*3
所以有没有那个必要像上段代码循环那样，求每个数字的阶乘都从1开始乘呢？
答案是没必要的，所以我们优化一下代码：在这里插入图片描述

调试举例2

在VS2022、X86、Debug的环境下，编译器不做任何优化的话，下面代码执行的结果是啥？

 #include <stdio.h>
 int main()
 {
     int i = 0;
     int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
     for(i=0; i<=12; i++)
     {
         arr[i] = 0;
         printf("hehe\n");
     }
     return 0；
}

运行：
在这里插入图片描述
我们原本的猜想是会越界访问，但是事实上并没有报错，并且还在死循环的打印“hehe”
所以我们调试看看到底是为什么会变成死循环

按F11开始调试，打开监视创库，添加变量i与数组，以便观察
按照循环将数组下标为0~9的值全部改为0，并打印完10个“hehe”后，仔细观察arr[10]
当i==10时进入循环，在监视窗口添加arr[10]，观察
此时arr[10]是个随机的值
那么我们将代码运行一下，看它的值会不会变化
可以看到居然变了，越界了。并且打印了第11个“hehe”
接下里我们观察arr[11]继续调试，看看会不会改
继续观察arr[12]那么看会不会被改变
我们发现最后一次i的值变为了0，这就意味着此次循环后i执行i++会变为1，接着继续进入循环。

并且随着i的值变化，arr[12]的值也跟着变化。这是为什么呢？难道它们是同一块空间？
为了验证整个问题，我们取地址i（&i）取地址arr[12]（&aee[12]）看看它们的空间

我们发现，地址一模一样。这就说明我们改arr[12]的时候 i 必然会改。当 i 为12的时候，再给一次机会就为13，但是它们的地址相同，arr[12]的值被改为0，i的值也就跟着变为0，这样的话 i 永远也不会变为13，这个循环永远也不可能停下来。

通过调试我们发现了这个现象导致了我们程序的死循环了

调试举例3：扫雷

如果是一个代码稍微复杂，那怎么调试呢？
这里我们就上手调试一下扫雷的代码：

在函数内部打断点，快速跳转到函数
先用F9打断点，在按F5可快速跳转到那个地方
在数组传参，调试进入函数，如何在监视窗口观察数组的内容
一维数组：
但是当arr数组传给test函数时，只能看到一个元素，看不到整个数组的内容
此时添加监视项：arr，10.就可以看到全部了
二维数组：

当进入函数test2的时候
同理，如果想看到全部，则输入“arr2,3（3行的意思）”