C/C++程序的断点调试 - Visual Studio Code

news2024/11/30 6:47:38

本文以Visual Studio Code为例，简述C/C++程序断点调试的基本方法和过程。其它的IDE环境，大同小异。

本文引用自作者编写的下述图书; 本文允许以个人学习、教学等目的引用、讲授或转载，但需要注明原作者"海洋饼干叔
叔"；本文不允许以纸质及电子出版为目的进行抄摘或改编。
1.《Python编程基础及应用》，陈波，刘慧君，高等教育出版社。免费授课视频 Python编程基础及应用
2.《Python编程基础及应用实验教程》, 陈波，熊心志，张全和，刘慧君，赵恒军，高等教育出版社Python编程基础及应用实验教程
3. 《简明C及C++语言教程》，陈波，待出版书稿。免费授课视频

1. 简介

在程序有BUG/缺陷，需要修复时，断点调试是发现缺陷的重要方法。对于初学者而言，断点调试还有另外一个用途：帮助理解程序背后的逻辑。

本文以Visual Studio Code为例，简述C/C++程序断点调试的基本方法和过程。其它的IDE环境，大同小异。

在进行后续调试试验前，需要先对Visual Studio Code的C/C++编译开发环境进行配置。详细过程请参见下述链接：http://codelearn.club/2022/09/vsccpp/

2. 程序代码

在Visual Studio Code中创建一个纯C语言的代码文件DebugExample.c，然后录入如下代码：

//Project - DebugExample
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

bool isPrime(int n) {     //函数的定义
    if (n<=1)
        return false;
    for (int i=2;i<n;i++)
        if (n % i == 0)
            return false;

    return true;
}

int main(){
    printf("Try to find all prime number(<=10):\n");

    int iFound = 0;       //发现的质数个数
    for (int i=2;
         i<=10;
         i++)
    {
        if (!isPrime(i))
            continue;
        iFound++;
        printf("%d, ",i);
    }

    printf("\n%d prime numbers been found.",iFound);
    return 0;
}

在作者的机器上，该文件被存放在D:\TEMP目录下。

上述程序的用途在于找出2 ~ 10之间的全部质数并打印出来。请读者注意第19 ~ 21行，for循环的初始化语句，测试表达式，更新表达式故意分作了三行，以便于观察。

3. 断点

在这里插入图片描述

在第18行代码的行号左边单击鼠标，便会出现如图所示的断点（break point），在相同位置再次单击，断点便会消失。可以给同一段程序添加多个断点。

4.调试

在这里插入图片描述
在打好断点后，选择菜单Run-Start Debugging(F5)开始调试。
此处依提示选择了C++(GDB/LLDB)。

此处选择了第一项：C/C++: gcc.exe生成和调试活动文件。

与正常的程序运行不动，程序并没有“一口气”从头执行到尾，而是暂停在了第18行的断点处。图中的黄色箭头表明程序的当前执行点，准确地说，箭头所指的行是接下来准备执行的代码行。

在窗口的左上角，VARIABLES（变量）项上列出了程序当前执行阶段的局部变量的名称及当前值。可以看到，此时有iFound变量存在，其值为0。

注意：此时iFound的0值是不确定的，事实上，0到iFound的赋值尚未执行。
在这里插入图片描述
此外，主界面上还会出现一个工具条，其名称依次是Continue, Step Over, Step Into, Step Out, Restart 以及Stop。这些按钮均有快捷键与之对应，详情请查看Run菜单。

点击Step Into（单步进入），可以看到第18行被执行，黄色箭头指向第19行。此时，for循环内的局部变量i出现在左侧列表中。请读者注意此时i的当前值为0，而不是2，因为for循环的初始化语句尚未执行。

注意：在变量没有被初始化前，其值是不确定的，所以读者真实调试时，得到的值很可能不是0。
在这里插入图片描述
再次点击Step Into，第19行被执行，可见左侧列表中的i值变成了2。黄色箭头来到了第20行，这是for循环的条件判断表达式。

继续按下Step Into，for循环在进行了条件判断后，准备执行循环体，黄色箭头来到第23行。

第23行涉及一次函数调用，如果操作者希望观察isPrime( )函数内部的执行过程，应按Step Into。如果操作者不关心isPrime( )内部的执行过程，只关心23行的总体执行结果，则按Step Over。本次，我们按Step Into。
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按下Step Into后，我们进入到了isPrime( )函数内部，黄色箭头指向第6行。对于isPrime( )函数而言，当前其局部变量仅有1个，即函数的形式参数n。该参数的值应由调用者传递进来。在右方的列表中，我们看到该值为2。
在这里插入图片描述
一直按Step Into，直到isPrime( )函数返回，由于2是质数，所以第23行的不是质数的条件不成立，第24行不会被执行，黄色箭头略过了第24行，指向了第25行。

再次按Step Into后，第25行被执行，iFound由0变1，黄色箭头指向第26行。
在这里插入图片描述
一直按Step Over进行循环，直到i = 4且黄色箭头指向第23行。

本次我们选择不进入isPrime()函数，再次按下Step Over。由于i=4不是质数，因此第23行的条件成立，黄色箭头跳转到第24行的continue语句。

根据continue的语义，其将略过本轮循环的剩余语句（第25 ~ 26行），直接尝试下一轮循环。
在这里插入图片描述
按下Step Into，可以看到，continue直接略过了第25 ~ 26行的剩余循环代码，直接跳到了for循环的更新表达式，如图中红色箭头所示。

按下Step Into, 可以看到更新表达式被执行，i值由4变成了5，黄色箭头指向了第20行，该行将进行循环测试(i <= 10)，如果测试通过，则将执行循环体，否则循环结束。