亲爱的亦菲彦祖们，欢迎继续跟随我们的编程学习系列！在前两篇博客中，我们已经掌握了模块和包以及异常处理的核心概念与应用。今天，我们将探讨Python编程中另一个至关重要的技能——断点调试。掌握断点调试不仅能帮助您快速定位和解决代码中的问题，还能提升您的编程效率和代码质量。让我们一起来深入了解断点调试的原理和实践吧！
一、了解调试
**调试（Debugging）**是编程过程中用于查找和修正代码错误的过程。通过调试，开发者可以逐步执行代码，观察变量的变化，理解程序的执行流程，从而发现并解决潜在的问题。
调试的重要性
- 快速定位问题：有效的调试方法可以帮助您迅速找到代码中的错误位置。
- 理解代码执行：通过调试，您可以更深入地理解代码的运行机制和逻辑。
- 提升代码质量：及时发现和修复错误，确保代码的稳定性和可靠性。
二、启动调试模式
1. Debug简介
在Python开发中，调试工具（如PyCharm的Debugger）提供了丰富的功能，帮助开发者在代码执行过程中进行实时监控和控制。常见的调试功能包括：
- 设置断点：暂停代码执行的指定位置。
- 单步执行：逐行执行代码，观察每一步的执行结果。
- 变量监视：查看和监控变量的值。
- 表达式评估：在调试过程中计算和检查表达式的值。
2. 设置断点
**断点（Breakpoint）**是调试过程中用来暂停程序执行的标记。通过在代码中设置断点，您可以在程序执行到该位置时暂停，便于检查当前状态和变量值。
设置断点的方法：
-
在PyCharm中：
- 打开要调试的Python文件。
- 在代码行号旁的灰色边栏（gutter）单击，断点将以红色圆点显示。
-
注意事项：
- 仅在关键位置设置断点，以避免调试过程过于冗长。
- 断点应设置在可能出问题或需要检查的代码行。
3. 启动调试
启动调试会话：
-
在PyCharm中：
- 点击导航栏上的“Run”菜单。
- 选择“Debug”选项，或者使用快捷键（通常是Shift + F9）。
-
调试会话界面：
- 调试过程中，PyCharm会显示一个“调试工具”窗口，其中包含变量、监视器和控制台等面板。
-
运行程序并触发断点：
- 运行调试会话后，程序会执行到第一个断点处暂停。
- 此时，您可以查看当前的变量值和程序状态。
三、详细调试技巧
1. 单步调试
单步调试允许您逐行执行代码，观察每一步的执行情况。这对于理解代码的执行流程和发现逻辑错误尤为重要。
单步调试的方法：
-
Step Over (F8)：执行当前行，并跳到下一行。如果当前行包含函数调用，
Step Over不会进入函数内部，而是等待函数执行完毕。 -
Step Into (F7)：进入函数内部，逐步执行函数中的代码。
-
Step Out (Shift+F8)：跳出当前函数，返回到调用该函数的位置。
-
Resume Program (F9)：继续执行程序，直到下一个断点或程序结束。
示例操作：
假设您在以下代码中设置了断点：
if __name__ == '__main__':
my_car = Car()
print("我是一辆车!")
my_car.main()
调试过程中，您可以使用Step Over逐行执行，观察变量my_car的状态和方法main()的执行过程。
2. 监视变量
**监视（Watches）**功能允许您实时查看和监控变量的值，甚至可以添加自定义表达式进行评估。
设置监视：
-
在调试工具窗口中，找到“Watches”面板。
-
点击“+”按钮，输入要监视的变量名或表达式，例如
my_car.speed。
示例：
print(my_car.speed)
在断点处，您可以监视my_car.speed的值，了解汽车当前的速度状态。
3. 内联调试
**内联调试（Inline Debugging）**是在编辑器中直接显示变量的值，无需切换到“Variables”面板，便于快速查看变量状态。
启用内联调试：
- 在PyCharm中，进入“Settings”或“Preferences”。
- 搜索“Inline Debugging”并启用相关选项。
示例：
在调试过程中，变量的值会直接显示在代码行旁边，便于快速识别问题。
4. 计算表达式
计算表达式功能允许您在调试过程中手动输入并计算任意表达式，以验证其结果或检查变量间的关系。
使用方法：
-
在调试工具窗口中，点击“Evaluate Expression”按钮。
-
在弹出的对话框中，输入要计算的表达式，例如
my_car.odometer / my_car.time。 -
点击“Evaluate”按钮查看结果。
示例：
def average_speed(self):
return self.odometer / self.time
在调试过程中，您可以手动计算my_car.odometer / my_car.time，确认平均速度的正确性。
5. 常用快捷键
掌握调试的快捷键，可以大幅提升调试效率。以下是PyCharm中常用的调试快捷键：
- Step Over：F8
- Step Into：F7
- Step Out：Shift + F8
- Resume Program：F9
- Evaluate Expression：Alt + F8
- Toggle Breakpoint：Ctrl + F8
- Run to Cursor：Alt + F9
快捷键示例：
- 设置断点：点击代码行旁边的gutter，或使用
Ctrl + F8。 - 单步执行：使用
F8逐行执行，F7进入函数内部。 - 继续执行：按
F9跳至下一个断点。
四、实战案例：调试学生信息管理系统
为了更好地理解断点调试的应用，我们将以之前设计的学生信息管理系统为例，进行详细的调试操作。
项目结构
student_management/
├── __init__.py
├── student.py
└── manager.py
示例代码
# student.py
class Student:
"""学生信息类"""
def __init__(self, name, chinese, math, english):
"""
初始化方法
:param name: 姓名
:param chinese: 语文成绩
:param math: 数学成绩
:param english: 英语成绩
"""
self.name = name
self.chinese = chinese
self.math = math
self.english = english
self.total = chinese + math + english # 总分
def __str__(self):
return f"{self.name}\t{self.chinese}\t{self.math}\t{self.english}\t{self.total}"
# manager.py
import json
from .student import Student
class StudentManager:
"""学生信息管理系统类"""
def __init__(self):
# 存储学员数据 -- 列表
self.student_list = []
# 程序入口函数
def run(self):
# 加载文件里面的学员数据
self.load_student()
while True:
# 显示功能菜单
self.show_menu()
# 用户输入目标功能序号
action = input('请选择您想要进行的操作（0-退出）：')
# 根据用户输入的序号执行不同的功能
if action == '1':
# 新建学生信息
self.add_student()
elif action == '2':
# 显示全部信息
self.show_student()
elif action == '3':
# 查询学生信息
self.search_student()
elif action == '4':
# 删除学生信息
self.del_student()
elif action == '5':
# 修改学生信息
self.modify_student()
elif action == '0':
# 退出系统
self.save_student()
print('欢迎再次使用【学生信息管理系统】！再见！')
break
else:
print('输入错误，请重新选择！')
# 显示功能菜单
@staticmethod
def show_menu():
str_info = """**************************************************
欢迎使用【学生信息管理系统】V1.0
请选择你想要进行的操作
1. 新建学生信息
2. 显示全部信息
3. 查询学生信息
4. 删除学生信息
5. 修改学生信息
0. 退出系统
**************************************************"""
print(str_info)
# 添加学生信息
def add_student(self):
print('---------- 新建学生信息 ----------')
name = input('请输入姓名：').strip()
if not name:
print('姓名不能为空！')
return
try:
chinese = int(input('请输入语文成绩：'))
math = int(input('请输入数学成绩：'))
english = int(input('请输入英语成绩：'))
except ValueError:
print('成绩必须是整数！')
return
# 检查是否已有该学生
if any(stu.name == name for stu in self.student_list):
print(f'学生{name}已存在，无法重复添加！')
return
# 创建学生对象并添加到列表
student = Student(name, chinese, math, english)
self.student_list.append(student)
print(f'成功添加学生：{student.name}')
# 显示全部学生信息
def show_student(self):
print('---------- 显示全部学生信息 ----------')
if not self.student_list:
print('当前没有学生信息。')
return
print('姓名\t语文\t数学\t英语\t总分')
print('-' * 30)
for stu in self.student_list:
print(stu)
# 查询学生信息
def search_student(self):
print('---------- 查询学生信息 ----------')
search_name = input('请输入要查询的学生姓名：').strip()
if not search_name:
print('姓名不能为空！')
return
for stu in self.student_list:
if stu.name == search_name:
print('姓名\t语文\t数学\t英语\t总分')
print('-' * 30)
print(stu)
return
print(f'未找到名为"{search_name}"的学生。')
# 删除学生信息
def del_student(self):
print('---------- 删除学生信息 ----------')
del_name = input('请输入要删除的学生姓名：').strip()
if not del_name:
print('姓名不能为空！')
return
for stu in self.student_list:
if stu.name == del_name:
confirm = input(f'确定要删除学生"{del_name}"吗？（y/n）：').strip().lower()
if confirm == 'y':
self.student_list.remove(stu)
print(f'成功删除学生：{del_name}')
else:
print('删除操作已取消。')
return
print(f'未找到名为"{del_name}"的学生。')
# 修改学生信息
def modify_student(self):
print('---------- 修改学生信息 ----------')
modify_name = input('请输入要修改的学生姓名：').strip()
if not modify_name:
print('姓名不能为空！')
return
for stu in self.student_list:
if stu.name == modify_name:
print('请输入新的信息（留空表示不修改）：')
new_name = input(f'姓名（当前：{stu.name}）：').strip()
new_chinese = input(f'语文成绩（当前：{stu.chinese}）：').strip()
new_math = input(f'数学成绩（当前：{stu.math}）：').strip()
new_english = input(f'英语成绩（当前：{stu.english}）：').strip()
if new_name:
# 检查新姓名是否已存在
if any(s.name == new_name for s in self.student_list):
print(f'姓名"{new_name}"已存在，无法修改！')
return
stu.name = new_name
if new_chinese:
try:
stu.chinese = int(new_chinese)
except ValueError:
print('语文成绩必须是整数，修改失败！')
return
if new_math:
try:
stu.math = int(new_math)
except ValueError:
print('数学成绩必须是整数，修改失败！')
return
if new_english:
try:
stu.english = int(new_english)
except ValueError:
print('英语成绩必须是整数，修改失败！')
return
# 重新计算总分
stu.total = stu.chinese + stu.math + stu.english
print(f'学生"{stu.name}"的信息已更新。')
return
print(f'未找到名为"{modify_name}"的学生。')
# 保存学生信息
def save_student(self):
print('---------- 保存学生信息 ----------')
try:
with open('students.json', 'w', encoding='utf-8') as f:
# 将学生对象转换为字典列表
final_stu_list = [{
"name": stu.name,
"chinese": stu.chinese,
"math": stu.math,
"english": stu.english,
"total": stu.total
} for stu in self.student_list]
# 写入JSON文件
json.dump(final_stu_list, f, ensure_ascii=False, indent=4)
print('学生信息已保存到"students.json"。')
except Exception as e:
print(f'保存失败：{e}')
调试步骤
-
设置断点：
- 打开
manager.py文件。 - 在
add_student方法的关键代码行（例如，self.student_list.append(student)）设置断点。
- 打开
-
启动调试：
- 右键点击
manager.py文件，选择“Debug 'manager'”。 - 程序将运行并在断点处暂停。
- 右键点击
-
单步执行：
- 使用
F8（Step Over）逐行执行代码，观察变量self.student_list的变化。 - 使用
F7（Step Into）进入Student类的__init__方法，检查对象的初始化过程。
- 使用
-
监视变量：
- 在“Watches”面板中添加
student变量，实时查看新添加学生的信息。
- 在“Watches”面板中添加
-
计算表达式：
- 在“Evaluate Expression”窗口中输入
student.total，验证总分的计算是否正确。
- 在“Evaluate Expression”窗口中输入
-
查看内联调试：
- 启用内联调试后，变量的值将在代码旁边直接显示，便于快速识别问题。
调试实例
假设在添加学生信息时，用户输入的数学成绩为非整数，导致程序崩溃。通过调试，您可以：
- 设置断点在
math = int(input('请输入数学成绩：'))这一行。 - 运行调试会话，输入非整数值，如
abc。 - 程序在断点处暂停，观察输入值和转换过程。
- 发现异常，通过变量监视和表达式计算，确认错误发生的位置。
- 修改代码，添加异常处理或输入验证，避免程序崩溃。
四、实战案例：调试学生信息管理系统
让我们通过一个具体的案例，应用所学的调试技巧，优化学生信息管理系统的代码。
问题描述
在当前的modify_student方法中，当用户尝试修改学生的成绩时，如果输入非整数值，程序将抛出ValueError，导致程序崩溃。我们需要通过调试，定位问题并优化代码。
调试步骤
-
设置断点：
- 在
modify_student方法中，设置断点在stu.chinese = int(new_chinese)这一行。
- 在
-
启动调试：
- 运行调试会话，选择修改学生信息功能。
-
输入测试数据：
- 输入存在的学生姓名。
- 在语文成绩输入框中，输入非整数值（如
ninety）。
-
观察异常：
- 程序在尝试将
new_chinese转换为整数时抛出ValueError。 - 调试器会在断点处暂停，显示异常信息。
- 程序在尝试将
-
分析问题：
- 发现输入验证不完善，未处理非整数输入的情况。
-
修改代码：
- 在
modify_student方法中，添加更详细的异常处理，提示用户输入有效的成绩。
- 在
优化后的代码
# 修改学生信息
def modify_student(self):
print('---------- 修改学生信息 ----------')
modify_name = input('请输入要修改的学生姓名：').strip()
if not modify_name:
print('姓名不能为空！')
return
for stu in self.student_list:
if stu.name == modify_name:
print('请输入新的信息（留空表示不修改）：')
new_name = input(f'姓名（当前：{stu.name}）：').strip()
new_chinese = input(f'语文成绩（当前：{stu.chinese}）：').strip()
new_math = input(f'数学成绩（当前：{stu.math}）：').strip()
new_english = input(f'英语成绩（当前：{stu.english}）：').strip()
if new_name:
# 检查新姓名是否已存在
if any(s.name == new_name for s in self.student_list):
print(f'姓名"{new_name}"已存在，无法修改！')
return
stu.name = new_name
if new_chinese:
try:
stu.chinese = int(new_chinese)
except ValueError:
print('语文成绩必须是整数，修改失败！')
return
if new_math:
try:
stu.math = int(new_math)
except ValueError:
print('数学成绩必须是整数，修改失败！')
return
if new_english:
try:
stu.english = int(new_english)
except ValueError:
print('英语成绩必须是整数，修改失败！')
return
# 重新计算总分
stu.total = stu.chinese + stu.math + stu.english
print(f'学生"{stu.name}"的信息已更新。')
return
print(f'未找到名为"{modify_name}"的学生。')
调试结果
- 重新运行调试会话，选择修改学生信息功能。
- 输入非整数值，程序捕获
ValueError，提示用户输入有效的成绩，而不是崩溃。 - 确保程序稳定，提高用户体验。
总结
在本篇博客中，我们深入探讨了断点调试在Python编程中的应用：
- 了解调试：认识到调试在编程过程中的重要性，理解其基本原理和功能。
- 启动调试模式：学习如何在PyCharm中设置断点并启动调试会话，了解调试工具窗口的各个部分。
- 详细调试技巧：
- 单步调试：通过逐行执行代码，深入理解程序的执行流程。
- 监视变量：实时查看和监控变量的值，发现变量状态的变化。
- 内联调试：在编辑器中直接显示变量的值，便于快速识别问题。
- 计算表达式：在调试过程中手动计算和验证表达式的结果。
- 常用快捷键：掌握调试过程中的快捷键，提高调试效率。
- 实战案例：通过调试学生信息管理系统的实际案例，应用所学的调试技巧，优化代码并解决问题。
通过掌握断点调试，亦菲彦祖们将能够更高效地编写和维护Python程序，迅速定位和修复代码中的错误，提升整体编程能力和代码质量。
继续前行：
在未来的学习中，我们将继续探索Python编程中的其他高级主题，如面向对象编程的高级特性、多线程与并发、网络编程等，帮助您全面提升编程技能，构建更复杂和强大的应用程序。
保持学习的热情，多动手实践，相信亦菲彦祖们一定能在编程的道路上越走越远，成为Python编程的高手！
祝学习愉快，编程顺利！
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