【C/调试实用技巧】—作为程序员应如何面对并尝试解决Bug？

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前言

我相信大家在写代码，或者刷题时，不可能每一次都是一次就能写出完美的不出错误的代码，如果真实这样的话，恭喜你，你是一个天才，并不需要进行本篇文章的学习，此文章是我整理的本人作为小白时期遇到的一些BUG，以及遇到这些BUG应如何去解决它，文章适用于新入门的小白，对于CV老司机就不适用啦。（🐔鸡哥护体）
通过本章的学习，将会帮助小白能自己调试，并解决一些简单问题!

BUG的前世今生

首先要解决它，就要先知道它知己知彼百战不殆，BUG是一个英语单词，本意是昆虫的意思
那么为何我们在写代码时，把错误称为BUG呢？这还真与昆虫有关。接下来大家可以看这么一个小故事。
1944年世界上第一台计算机马克1号诞生，之后在世界上第一位女程序员格蕾丝-霍普接手下，顺利改造成马克二号。
1946年的一天，霍普敲代码的时候发现计算机发生了故障，就在马克二号的继电器触点里，找到了一只被夹扁的小飞蛾。
而这只小虫子卡住了机器的运行，霍普顺手将飞蛾夹在工作笔记里，而备注的意思是臭虫，正是这一奇怪的称呼，奠定了Bug这个词在计算机世界的地位，此后，我们的生活便是处处与Bug打交道。

程序员应如何对待BUG

作为程序员的我们，应如何看待BUG呢？

在这里我们拒绝CV！调试的过程也是锻炼自己能力的一个过程！接下来将讲解有关调试的问题。

调试前言

调试，其实就是发现错误并修改减少错误的一个过程，就像画画一样，所谓画画，其实就是进行不断地修改，使画面更加和谐完美（美术生深有体会）最终成就一副完美的画面，调试也是如此，当代码遇到问题时，只有通过调试才能发现问题，并且解决问题！

调试步骤

调试的过程其实并不复杂，总结起来就以下几步，但做起来有时候确实要花费一些心思。后面会通过几个具体实例来讲解调试分析的具体步骤。

1. 发现程序错误的存在
2. 以隔离、消除等方式对错误进行定位
3. 确定错误产生的原因
4. 提出纠正错误的解决办法
5. 对程序错误予以改正，重新测试

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。我们进行的调试，都是在此版本进行的。

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。

在这里我们举个例子，以VS2019里的一个简单代码为例：

#include
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	int c = a + b;
	printf("%d\n", c);

	return 0;
}
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这是在Debug版本下，该代码所对应的反汇编

下面这是在Release版本下改代码所对应的反汇编：

我们可以清晰地看到，Release版本下，确实对代码进行了优化，如果这还不够说明问题的话，大家可以看下面这个经典案例：

#include
int main()
{
	int i = 0;
	int arr[10] = { 0 };
	for (i = 0; i <= 12; i++)
	{
		arr[i] = 0;
		printf("hehe\n");
	}

	return 0;
}
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在Debug版本下，是进行死循环的打印，但是在Release版本下，却能打印出13个hehe，（后面会通过调试实战讲到具体的死循环原因，在这里只需要知道，Release版本下，会对代码进行优化即可）。

调试实战

快捷键以及程序信息的查看

接下来先介绍几个最常使用的快捷键：

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。

我们在调试的时候，当然不仅仅是只看这两个快捷键，而是要通过查看程序的当前信息配合着使用，才能发挥最大作用。（Debug版本下进行调试）

这里以上面的代码为例：解释下面代码在vs中运行死循环的原因。

#include
int main()
{
int i = 0;
int arr[10] = { 0 };
for (i = 0; i <= 12; i++)
{
arr[i] = 0;
printf(“hehe\n”);
}
return 0;
}

1.0 监视
首先是监视，它可以使我们在调试的时候清楚的知道变量随之的变化，从而进行判断所出的问题，并及时做出相应解决方案。
一定要在调试的环境下（按F10进行逐过程，或者F9+F5打断点调试），再去点击调试—窗口—监视

然后再监视窗口里，添加观察对象（变量），然后根据自己需要，进行调试，这里我进行逐语句调试，观察变量的变化。为什么会在Debug版本下死循环打印呢？

我们发现，当i==12时，i又一次变成了0，所以才进行死循环的打印。看来问题出在这里了（后面会讲到具体原因）

2.0 查看内存信息
在进入调试时，我们可以观察这些变量的内存信息，了解它们是如何在内存中存储的，有助于帮助我们进一步解决问题。
调试—窗口—内存

在这里为了便于观察，我们单机鼠标右键，将它改为16进制显示，并将列数改为4列。（一列就代表一个字节），如下：

通过他们内存中的地址存放信息，我们可以发现，arr数组与i中间间隔了两个整形元素大小，即8个字节，而数组arr一共有10个元素，也就是说，而arr[i],当i ==12时，刚好越界访问到第三个元素！arr[9]与arr[12]中间刚好也隔了两个整形空间。

即，可以这么来看！

我们发现，arr[12]中存放的就是i，arr[12]=0也就是相当于i=0，然后再进行循环，无穷无尽。

其实更加标准的答案是：i与arr都是属于局部变量，局部变量是存放在栈区，而栈区的空间使用是从高地址到低地址使用，所以i的地址要高于数组arr的地址，而数组又是随着下标的增长，地址也是由低到高变化，所以当数组arr越界访问适当时，是有可能访问到i的。

（ps：而其实在vs版本里，这里的越界访问空间经测试就是两个整形大小，在gcc环境下是1个整形大小，即在gcc环境下，arr[11]里存放的就是i）

当然，在调试窗口中也可以查看一些别的信息，如下，不过这里用不到，后面学的更加深入后，用到的会比较多一些。

遇到的常见错误类型介绍

在编程过程中，遇到的错误主要分为：编译型错误、链接型错误、运行时错误。
1、编译型错误
顾名思义，就是在我们编译代码时发生的一些错误，通常都是一些语法错误，对于这种错误我们根据报错提示，便可进行修改，如下所例：

2、链接型错误
发生在链接期间，在这里我们所犯的错误一般是标识符名不存在/未定义该标识符/未进行声明，或者拼写错误（很常见，假如函数名称很长，很容易写错名字）。如下：

3、 运行时错误
这一种比较头疼，就是代码可以运行，但是就是要么答案不对，要么程序崩掉（就比如调试实战里的案例），我们在做题时，有时候就会遇到，尤其是显示段错误，或者栈溢出等，这些都属于运行时的错误，遇到这种错误，要么我们就提前对一些边界值、特殊值进行考虑在内，想一想是不是进行越界访问了，还是对空指针进行解引用了，还是存在野指针的使用，还是等等等。。。或者加上断言（后面会讲），然后做题多了后就会长心眼了。

以上便是常见的错误类型。

如何写出好的代码

所谓优秀的代码，无非就以下几个特点：
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。

接下来讲一下assert与const

assert 与 const（C语言）

这里以strcpy函数为例，我们通过查看官网，发现strcpy是这样的：

const
这里我们细心的就会发现，第二个参数前面有一个const，那么const是用来干嘛的呢？它有什么作用呢？
这里我们以一个简单的例子来讲解一下：

#include
int main()
{
	char arr[] = "abcd";
	char* p = &arr;
	printf("%c\n", *p);//a
	*p = 'b';
	printf("%c\n", *p);//b
	p = p + 2;
	printf("%c\n", *p);//c
	return 0;
}


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以上这段代码没啥问题吧，运行起来打印出来的是a b c，我们发现p存放的是arr首元素‘a’的地址，可以对*p，或者p的值进行修改，但是假如我们把const放在 *的左边，就会出现以下情况：


但假如把const放在 *右边，就会出现以下情况：

因此，我们有以下结论：

const放在*左边，则指针指向的变量的值不可修改，但是指针变量存放的地址可以修改，const放在 *右边，则指针指向的变量的值可以修改，但是指针变量存放的地址不可修改。
这样做是为了防止一些误操作，增加代码的健壮性，鲁棒性。

我总结了一个便于记忆的方法：可以这么来记：在C语言里，const后面的都不可修改，就比如const int *
p，这里*p不可修改，而int * const p，则p不可修改。

这里回过头来看strcpy就知道为什么加上const了，因为我们要把source的内容拷贝到destinatiion中去，所以这里source的内容肯定不能进行修改，否则拷贝的就不是原来的了。

assert

assert是断言所用，头文件需包含，也就是说，程序只要出现错误，就会立马弹出一个窗口进行警告。 特点：简单粗暴

我们经常用来判断传入的参数是否为空指针，或者用来断言一下别的必要条件，因为有时候，这个编译器不会报错，但是运行起来会直接崩掉，如下所例：

但是编译器并没有给出警告，只有当我们调试时，才会发生报错：

那么假如是一段特别长特别长的代码呢？那可就够我们吃一壶的了，不过这里assert的作用就显示出来了，简单粗暴，使用如下：

先到此为止，总之多调试，多分析，在写代码之前就有清晰的思路以及特殊边界的判断，然后进行编写。

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end
生活原本沉闷，但跑起来就会有风！