【C语言】VS的实用调试技巧

0. 前言

VS(Visual Studio)是集成开发环境，其内置了多种调试工具和技巧帮助开发人员在开发过程中解决问题。包含断点、监视窗口、自动窗口、调用堆栈等，通过这些技巧，开发人员可以有效地调试和解决程序中的问题。我们在VS编译器上写代码，经常会遇到各种各样的问题，那么我们如何学会调试呢？这期博客，给大家好好讲讲VS的实用调试技巧！

这里先讲讲几个概念

1. 什么是bug？

bug，在英文中的意思是 “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。

比如程序修复，杀毒等我们经常听到过这个词。

“Bug” 这个词的创始⼈格蕾丝·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⻜蛾，这显然是由于⻜蛾受光和热的吸引，⻜到了触点上，然后被⾼电压击死。所以在报告中，赫柏⽤胶条贴上⻜蛾，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。

2. 什么是调试（debug）？

当我们发现程序中存在的问题的时候，那下⼀步就是找到问题，并修复问题。这个找问题的过程叫称为调试，英⽂叫debug（消除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，找到问题所的位置，然后确定错误产⽣的原因，再修复代码，重新测试。

3. Debug和Release

无论我们用的是VS的哪款的编译器，VS2022, 2019，2013等等，

在VS上编写代码的时候，能看到有 debug 和 release 两个选项，是什么意思呢？

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。

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，这个版本是⽤⼾使⽤的，⽆需包含调试信息等。

Debug版本

Release版本

对⽐可以看到从同⼀段代码，编译⽣成的可执⾏⽂件的⼤⼩，

Release 版本明显要⼩，⽽Debug版本明显⼤。

4. VS调试快捷键

那程序员怎么调试代码呢？

4.1 环境准备

首先是环境的准备，需要⼀个支持调试的开发环境，

我们使⽤的VS，应该把VS上设置为Debug，如图：

4.2 调试快捷键

调试最常使用的⼏个快捷键：

F9：创建断点和取消断点

断点就是如图所示的小红点，它的作⽤是可以在程序的任意位置设置断点，打上断点就可以使得程序执⾏到想要的位置暂定执⾏，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

F5：启动调试，经常⽤来直接跳到下⼀个断点处，⼀般是和F9配合使⽤。

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。在函数调⽤的地⽅，想进⼊函数观察细节，必须使⽤F11，如果使⽤F10，直接完成函数调⽤。

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。

5. 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，上下⽂环境中的变量的值，有哪些⽅法呢？

这些观察的前提条件⼀定是开始调试后观察，⽐如：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int arr[10] = { 0 };
    int num = 100;
    char c = 'w';
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        arr[i] = i;
    }
    return 0;
}

5.1 监视

开始调试后，在菜单栏中【调试】->【窗⼝】->【监视】，打开任意⼀个监视窗⼝，输⼊想要观察的对象就⾏。切记实在调试起来的情况下，按照上述步骤操作！

如图所示：

在监视窗⼝中观察：

5.2 内存

如果监视窗⼝看的不够仔细，也是可以观察变量在内存中的存储情况，还是在【调试】->【窗⼝】->【内存】

打开内存窗⼝：

在内存窗口中观察数据：内存窗⼝怎么看？

内存窗⼝设置列

在打开内存窗⼝后，要在地址栏输⼊：arr，&num，&c，这类地址，

就能观察到该地址处的数据。

除此之外，在调试的窗⼝中还有：⾃动窗⼝，局部变量，反汇编、寄存器等窗⼝，同学们有兴趣，可以自行使⽤⼀下

6. 调试举例1

下面我们来看一个有意思的代码：

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] = {0};
     for(i=0; i<=12; i++)
     {
         arr[i] = 0;
         printf("hehe\n");
     }
     return 0;
 }

程序运行，死循环了

我们很好奇，我们可以调试看看出现什么问题了

分析：

在for循环中，循环条件是i <= 12，但是数组arr的长度只有 10 个元素。当i的值从 0 增长到 10 时，对数组的操作是合法的。但当i继续增长到 11 和 12 时，就会发生越界访问，这可能会导致不可预测的结果，甚至程序崩溃。有时也会刚才看到那样死循环。

实际上，这个代码的内存布局是这样的：

1. 栈区内存的使⽤习惯是从⾼地址向低地址使⽤的，所以变量i的地址是较⼤的。arr数组的地址整体是⼩于i的地址。

2. 我们之前学习数组时知道，数组在内存中的存放是：随着下标的增⻓，地址是由低到⾼变化的。

所以根据代码，就能理解为什么是左边的代码布局了。

如果是左边的内存布局，那随着数组下标的增⻓，往后越界就有可能覆盖到i，这样就可能造成死循环的。

这⾥肯定有同学有疑问：为什么i和arr数组之间恰好空出来2个整型的空间呢？

这⾥确实是巧合，在不同的编译器下可能中间的空出的空间⼤⼩是不⼀样的，代码中这些变量内存的分配和地址分配是编译器指定的，所以的不同的编译器之间就有差异了。所以这个题⽬是和环境相关的。

从这个理解我们能够体会到调试的重要性，

只有调试才能观察到程序内部执⾏的细节，就像在医院给病人看病一样，人生病了，医生对病人做针对性的检查，写代码也是如此！

7. 调试举例2

我们下面这个例子，

写一个代码，求 1!+2!+3!+4!+...10! 的和

分析：

我们想想：首先怎么求n的阶乘？

在高中数学中，我们学过n的阶乘的概念，这里铺垫一下~

阶乘的概念：

一个正整数的阶乘（factorial）是所有小于及等于该数的正整数的积

自然数n的阶乘写作n!。

阶乘的计算方法：

n!=1×2×3×…×(n-1)×n 或 n!=n×(n-1)!

注意：0的阶乘为1，即 0！=1。
1! = 1
2! = 2 * 1 = 2
3! = 3 * 2 * 1 = 6
…
n! = n * (n-1) *… * 2 * 1

具体的操作:

① 算n! 首先要产生1~n的数字，这里可以用循环方式产生

②定义变量 ret为1，用来存结果。
③ 累乘从 1 到 n 的每个数字

注意：这里ret变量不能初始化为0，因为0乘以任何数都为0，要初始化为1，我们求1! = 1,这一点一定要注意！！

我们可以实现这样的代码：

#include <stdio.h>

//写⼀个代码求n的阶乘
int main()
{
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);//输入n是几，求几的阶乘
	int i = 1;
	int ret = 1;
	for (i = 1; i <= n; i++)
	{
		ret *= i;
	}
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}

如果n求出每个n的阶乘，再求和怎么实现呢？

其实，我们已经会求解 n! ，所以这里只需要再定义一个sum变量来装和，在第一个for循环里面嵌套一个for循环，这里需要注意定义的ret变量（阶乘得数变量）应该定义在第一个for循环里面，防止出错。ps.因为是求和，每一次求的ret阶乘都是独立的，最后再进行相加。即可求出想要的阶乘求和。

所以，我们按照这个思路，有同学就写出了这个代码，这里求的是1！，2！，3！再求和。

#include <stdio.h>

int main()
{
	int n = 0;
	int i = 1;
	int ret = 1;
	int sum = 0;
	for (n = 1; n <= 3; n++)
	{
		for (i = 1; i <= n; i++)
		{
			ret *= i;
		}
		sum += ret;
	}
	printf("%d\n", sum);
	return 0;
}

我们运行一看结果是15