初阶C语言(8) - 实用的调试技巧

1. 什么是bug?

bug 是计算机领域专业术语，是计算机在硬件、软件、协议和系统安全策略上存在的缺陷，攻击者能够在未授权情况下访问的危害，世界最早的一批程序设计师之一，美国的葛丽丝·霍波在调试设备时出现故障，拆开继电器后发现有只飞蛾被夹扁在触点中间，因此霍波诙谐的把程序故障统称为BUG，后来成为计算机领域的专业行话，bug狭义的概念是指软件程序漏洞或缺陷；

广义的概念还包括，测试工程师或用户所发现和提出的软件可更改的细节，或需求文档存在差异的功能实现等，许多先进的设计和实施技术，旨在尽可能早的防止错误数量和严重性，以及在生产过程中识别和去除所述缺陷，删除这些错误的行为称为调试。

bug是一个英文单词，它有臭虫、缺陷、损害、犯贫等意思。但是随着当今社会的不断发展，bug还逐渐引申出另一种含义，通常会用bug来形容一些特别厉害、超出想象的事物。

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。

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

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

调试

程序员可以发现错误。
测试工程师也可以发现程序的错误，报bug。
用户 -> 也可以发现程序中的错误，但是用户发现的话，一些付费软件，就会给用户带来损失。

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。

代码：

#include<stdio.h>
int main()
{
   char* p = "hello bit";
   printf("%s\n", p);
   return 0;
}

上述代码在Debug环境的结果展示：

上述代码在Release环境的结果展示：

Debug 和 Release 反汇编展示对比：

所以我们说调试就是在 Debug 版本的环境中，找代码中 潜伏的问题 的一个过程。

那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 快捷键的使用

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的信息

3.3.1 查看临时变量的值

再调试开始之后，用于观察变量的值。

代码如下：

#include<stdio.h>
int main()
{

   int arr[10] = { 0 };
   int i = 0;
   for (i = 0; i < 10; i++)
   {
       arr[i] = i;
   }
   return 0;
}

调试过程：

3.3.2 查看内存信息

在调试开始之后，用于观察内存信息。

3.3.3 查看调用堆栈

通过调试堆栈，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。

以后可能会出现很复杂调试场景：多线程程序的调试等。

4.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。

#include<stdio.h>
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;
}

这时候我们输入3，期待输出9，但实际输出的是15.所以计算错误。

调试过程中发现，第二层for循环中的ret未初始化为1，每次计算一个数的阶乘是从1开始的，但ret会保存上次的数，从而导致错误。

改正：在第二个for循环前加上: int ret = 1;

为什么呢？

这里我们就得找我们的问题。

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

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。

arr数组只有10个数，但是for循环访问了13个数，从逻辑上来说，会导致数组越界，数组越界应该是错误访问，问什么会一直循环下去呢，这与代码运行时的内存分配有关。

计算机内存中有栈区、堆区、静态区，而局部变量、函数形参等都是在栈区中开辟存储空间的。

内存开辟在栈区的使用习惯是：先用高地址处的空间，再用低地址处的空间。

数组的空间开辟使用习惯是：先用低地址，再用高地址。

栈区的内存分配如图：

在程序运行时, 由arr[0]一直向上访问，并将数组值改为0，一直越界到arr[12].

在x86的编译环境下，i 的地址和数组末端元素arr[10]的地址之间正好相差两个存储单元(也就是上图中的两个格)。

因此，arr[12]的地址恰好等于变量i的地址，由于变量监视也可以直接看到，两个地址都是0x00affc9c.

所以在循环中，越界访问到arr[12]时，将数组元素赋值为0，同时也将i的值赋值为0；

所以循环条件"i<=12"成立，又开始新一轮的循环，以此类推，因此程序将一直死循环。

总结：

1.i和arr是局部变量。

2.局部变量是放在栈区上的；

3.栈区上内存的使用习惯是：先使用高地址处的空间，在使用低地址的空间。

4.数组随着下标的增长，地址是由低到高变化。

6.如何写出好的（易于调试）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 示范：

模拟实现库函数： strcpy

char * strcpy ( char * dst , const char * src )

{

   char * cp = dst ;

        assert ( dst && src );

   while ( * cp ++ = * src ++ )

; /* Copy src over dst */

   return ( dst );

}

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

#include <stdio.h>

// 代码 1

void test1 ()

{

int n = 10 ;

int m = 20 ;

int * p = & n ;

* p = 20 ; //ok?

p = & m ; //ok?

}

void test2 ()

{

// 代码 2

int n = 10 ;

int m = 20 ;

const int* p = & n ;

* p = 20 ; //ok?

p = & m ; //ok?

}

void test3 ()

{

int n = 10 ;

int m = 20 ;

int * const p = & n ;

* p = 20 ; //ok?

p = & m ; //ok?

}

int main ()

{

// 测试无 cosnt 的

test1 ();

// 测试 const 放在 * 的左边

test2 ();

// 测试 const 放在 * 的右边

test3 ();

return 0 ;

}

结论：

const修饰指针变量的时候：

1. const如果放在*的左边，修饰的是指针指向的内容，保证指针指向的内容不能通过指针来改变。但是指针变量本身的内容可变。

2. const如果放在*的右边，修饰的是指针变量本身，保证了指针变量的内容不能修改，但是指针指向的内容，可以通过指针改变。

练习：

模拟实现一个 strlen 函数

参考代码：

#include <stdio.h>

int my_strlen ( const char * str )

{

int count = 0 ;

assert ( str != NULL );

while ( * str ) // 判断字符串是否结束

{

count ++ ;

str ++ ;

}

return count ;

}

int main ()

{

const char* p = "abcdef" ;

// 测试

int len = my_strlen ( p );

printf ( "len = %d\n" , len );

return 0 ;

}