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。

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。

首先推测问题出现的原因。初步确定问题可能的原因最好。

实际上手调试很有必要。

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：

代码运行正常

bug很少

效率高

可读性高

可维护性高

注释清晰

文档齐全
常见的 coding 技巧

使用assert

尽量使用const

养成良好的编码风格

添加必要的注释

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：

分析参数的设计（命名，类型），返回值类型的设计

这里讲解野指针，空指针的危害。

assert的使用，这里介绍assert的作用

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：

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。

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 ;
}
7. 编程常见的错误
7.1 编译型错误
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。

7.2****链接型错误
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！！！

初阶C语言(8) - 实用的调试技巧

1. 什么是bug?

2.调试是什么？有多重要？

4**.**多多动手，尝试调试，才能有进步。

5.一些调试的实例

4.多多动手，尝试调试，才能有进步。