一个合格的程序员也是一名合格的侦探---Debug篇

news2024/12/23 20:14:43

调试

 

在这里插入图片描述

文章目录

  • 调试
    • 1.什么是bug？
      • 1.1bug概念
      • 1.2bug的起源
    • 2.什么是调试，调试的重要性
      • 2.1调式的概念
      • 2.2 调试的基本步骤
      • 2.3Debug版本和Release版本
        • 2.3.1Debug版本
        • 2.3.2Release版本
        • 2.3.3区别
        • 2.3.4同一代码在Debug和Release下的差别
    • 3.Windows下visual stdio的调试技巧
      • 3.1调试快捷键
      • 3.2调试的时候查看程序当前信息
        • 3.2.1监视窗口
        • 3.2.2调用堆栈窗口
        • 3.2.3内存窗口
        • 3.2.4反汇编窗口
        • 3.2.5寄存器窗口
    • 4.经典调试示例
      • 4.1示例1
      • 4.2示例2
      • 4.3示例3
    • 5.const修饰变量
    • 6.如何写出利于调式(debug)的代码
      • 6.1优秀的代码
      • 6.2coding技巧
      • 6.3优秀代码示例
        • 6.3.1strcpy的模拟实现
        • 6.3.2strlen的模拟实现
    • 7.编程常见错误
      • 7.1编译错误
      • 7.2链接时错误
      • 7.3运行时错误

1.什么是bug？

 

1.1bug概念

  程序错误（英语：Bug），是程序设计运行时因程序本身有错误而造成功能不正常、死机、数据丢失、非正常中断等现象。有些程序错误会造成计算机安全隐患，此时叫漏洞。

  一些有趣的隐错有时也会成为一种乐趣。在电脑游戏中，假如一些隐错不令游戏出现大错误的话，经常会变成一种玩游戏时的秘技（秘技有时是游戏设计者故意加入，用于检查程序设计，绕过不需要的步骤直接检验需要的地方时所使用的代码）。

  例如：穿越火线当年的卡墙（卡到墙里面去），王者荣耀的一些英雄bug（孙策的幽灵船）。

 

1.2bug的起源

在这里插入图片描述

我们发现bug这个英语单词有臭虫，虫子的意思，起始这就是程序bug的最初本意。

1947年9月9日，葛丽丝·霍普（Grace Hopper）发现了第一个电脑bug。有一次Mark II突然宕机，整队团队都搞不清电脑为何不能正常运作。经过大家深度挖掘，发现原来有飞蛾意外飞入一台电脑引起故障（如图所示）。团队很快排除错误，并在日志本记录这事。也因此，人们逐渐开始用“Bug”（原意“虫子”）来称呼计算机隐错。现在在华盛顿美国国家历史博物馆还可以看到这份遗稿。

img

 

2.什么是调试，调试的重要性

我们是如何敲的代码？

在这里插入图片描述

 

我们又是如何修改代码bug

img

 

img

拒绝-迷信式调试！！！！

 

2.1调式的概念

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

img

  • 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

 

2.3Debug版本和Release版本

在咱们写代码时，程序有Debug和Release两个版本。

在这里插入图片描述

 

在当前项目路径下也可发现debug和Release两个文件夹。

提示：如果没有Release这个文件夹，可以将程序改成Release版本，按F7编译一下即可生成。

在这里插入图片描述

 

 

2.3.1Debug版本

Debug版本又称为调试版本，是程序员写代码和调试代码的版本，我们在上述图片中发现Debug文件夹要大，因为其中放着调试信息。

 

2.3.2Release版本

Release版本又称为发布版本，是测试人员测试程序的版本，也是用户使用的版本。往往会对程序进行一些优化，使其性能最大化达到良好的体验效果。Release版本下无调式信息，无法进行调试。

 

2.3.3区别

Debug和Release反汇编展示对比：

代码：

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

int my_strlen(const char* str)//不会改变str的内容，加上const
{
	assert(str != NULL);//不能为空
	const char* begin = str;

	while (*(str++) != '\0')
		;
	return str - begin - 1;
}

int main()
{
	const char* str = "hello world";
	int len = my_strlen(str);
	printf("%d\n", len);
	return 0;
}

 

Debug下的反汇编：

在这里插入图片描述

 

Release下反汇编：

在这里插入图片描述

 

2.3.4同一代码在Debug和Release下的差别

环境：visual stdio

#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;
}

Debug版本下会进入死循环，Release版本下会正常进行，咱们会在下面的示例二中进行细致分析。

 

3.Windows下visual stdio的调试技巧

 

⚠：在环境中选择 debug 选项，才能使代码正常调试。

 

3.1调试快捷键

在这里插入图片描述

 

  • 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。

 

  • F5开始调试(结合F9断点使用，遇到断点停下来)

    启动调试，经常用来直接跳到下一个断点处

 

  • F9打断点，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）。

 

更多VS环境下快捷键（<----点这里）

3.2调试的时候查看程序当前信息

 

⚠：在程序调试起来时，才能查看当前信息

 

在这里插入图片描述

 

3.2.1监视窗口

在这里插入图片描述

可以清晰地查看程序中变量的值

 

3.2.2调用堆栈窗口

代码：

#include<stdio.h>

void test2()
{
	printf("hehe\n");
}
void test1()
{
	test2();
}
void test()
{
	test1();
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

 

在这里插入图片描述

可以清晰看出函数之间的调用关系。

在这里插入图片描述

 

3.2.3内存窗口

代码：

#include<stdio.h>

int main()
{
	int i = 0;
	int arr[10] = { 0 };
	for (i = 0; i < 10; ++i)
	{
		arr[i] = i + 1;
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	return 0;
}

 
 在这里插入图片描述
 
 
 在这里插入图片描述

 

3.2.4反汇编窗口

 计算机语言的发展历史。

  1.  机器语言，打孔编程。

  2.  汇编语言，指令代替01序列。

    编译器任务：将指令转换成01序列

  3.  低级编程语言。

  4.  高级汇编语言。

    编译器任务：将代码先转换成汇编指令，再转换成01序列

 

而反汇编就是代码转换成汇编指令的情况。

在这里插入图片描述

 

3.2.5寄存器窗口

  了解过函数栈帧的同学都知道，在调用函数时会创建对应的函数栈帧，而函数栈帧是由很多的寄存器来维护的，寄存器窗口可以帮助我们看那些寄存器的值。

 在这里插入图片描述

 

4.经典调试示例

 

4.1示例1

输入n，计算1+2+3+……+n!

例如：输入3，答案是1!+2!+3!=9，但是一下程序却是15，why

Debug一下：利用以上学习的调式方式 + 调试的窗口找出bug

 

#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++)//计算1~n的阶层
	{
		int j = 0;
		for (j = 1; j <= i; j++)//计算n!
		{
			ret *= j;
		}
		sum += ret;
	}
	printf("%d\n", sum);
	return 0;
}

 

4.2示例2

以下程序造成了越界访问，循环进行了13次，应该会输出13个hehe，然后报错。

但是以下程序却造成了死循环。

Debug一下：利用以上学习的调式方式 + 调试的窗口找出bug

 

#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;
}

 

这与编译器的栈帧创建方式有关

在VS2013下，X86，Debug版本下：

  1. 首先栈区是向下生长的，先使用高地址，再使用低地址。

  2. 其次VS编译器通常在申请栈区空间时，相隔的不同申请空间之间相差2个int。于是在内存分布中，上述的arr与i如下图分布。

（备注：gcc相差1个int，VC6.0无空间间隔。）

 

在这里插入图片描述

 

img

 

我们发现arr[12]的位置也是i的位置，对arr[12]的修改也将i的值进行了修改，修改了循环变量，使得i<=12一直恒成立，造成了死循环。而Release版本下，没有陷入死循环，程序优化：将i放在了比arr低地址处，使得arr[12]不是i的位置。

 

4.3示例3

以下是一段错误代码，在VS环境下结果是12，在gcc环境下结果是10

请利用调试技巧分析：为什么VS环境下结果是12

以下代码出自书籍《C陷阱和缺陷》(<—点击这里，了解详情)

 

#include<stdio.h>

int main()
{
	int i = 1;
	int n = (++i) + (++i) + (++i);
	printf("%d\n", n);
	return 0;
}

 

将代码转到反汇编，查看更细致的过程：

	int i = 1;
005113DE  mov         dword ptr [i],1 //将i的值赋为1 
	int n = (++i) + (++i) + (++i);
005113E5  mov         eax,dword ptr [i]  //将i的值放进eax中
005113E8  add         eax,1  //eax加1，此时eax为2
005113EB  mov         dword ptr [i],eax//将eax的值赋值给i，此时i为2
005113EE  mov         ecx,dword ptr [i]  //将i的值放进ecx
005113F1  add         ecx,1  //ecx加1,此时ecx的值为3
	int n = (++i) + (++i) + (++i);
005113F4  mov         dword ptr [i],ecx  //将ecx的值赋值给i，此时i为3
005113F7  mov         edx,dword ptr [i]  //将i的值赋值给edx
005113FA  add         edx,1  //edx加1，此时edx的值为4
005113FD  mov         dword ptr [i],edx  //将edx的值赋值给i，此时i的值为4
00511400  mov         eax,dword ptr [i]  //将i的值赋值给eax,此时eax为4
00511403  add         eax,dword ptr [i]  //eax加i,此时eax为8
00511406  add         eax,dword ptr [i]  //eax加i，此时eax为12
00511409  mov         dword ptr [n],eax  //将eax的值赋值给n，n的值为12

我们发现，VS对上述代码是先进行3次++i的操作，再将他们加起来，从而得到12。

我们也可以猜测出gcc下10的结果的原因：是先进行两次++i的操作，此时i为3，将他们加起来得到6。再进行++i的操作，此时i为4，进相加，得到10。

 

5.const修饰变量

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。
  3. 可以加上两个const同时修饰*左和*右

 

6.如何写出利于调式(debug)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

 

6.2coding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。

 

6.3优秀代码示例

 

6.3.1strcpy的模拟实现

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

char* my_strcpy(char* des, const char* src)//src的内容不会被修改，加上const修饰更为合理
{
	assert(des != NULL);//如果des和src是空指针，会及时报错，更快定位
	assert(src != NULL);

	char* begin = des;
	while (*(des++) = *(src++))//量上的优化
		;

	return begin;//des的起始地址，便于链式访问，提高函数的灵活性
}

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

 

6.3.2strlen的模拟实现

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

int my_strlen(const char* str)//const修饰str
{
    assert(str != NULL);//空指针断言
	const char* begin = str;
	while (*(str++))
		;

	return str - begin - 1;
}

int main()
{
	char arr1[] = "hello world";
	char arr2[20] = { 0 };
	printf("%s\n",my_strcpy(arr2, arr1));
	printf("%d\n", my_strlen(arr2));
	return 0;
}

 

扩展：库里面的strlen的返回值设计成了size_t即unsigned int无符号整型,整形家族中有介绍。设计成size_t的缺陷在于，如果size_t与-1进行比较，-1会进行整型提升，变成 size_t 类型，而size_t下的-1是非常大的。这样与现实不符。

 

7.编程常见错误

 

7.1编译错误

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。

通常是一些语法错误

 

7.2链接时错误

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。

通常是一些编程逻辑错误。

 

  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。

本篇文章就讲到这里，咱们下期见！！！

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