Python之程序调试

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一、前言

  在程序开发过程中，免不了会出现一些错误，有语法方面的，也有逻辑方面的。对于语法方面的错误比较好检测，因为程序会直接停止，并且给出错误提示。而对于逻辑错误就不太容易发现了。因为程序可能会一直执行下去，但是结果是错误的。所以作为一个程序员，掌握一定的程序调试方法，可以说是一项必备技能。

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二、使用自动的IDLE进行程序调试

  多数的集成工具都提供了程序调试功能。例如，我们一直在使用的IDLE，也提供了程序调试功能。使用IDLE进行程序调试的基本步骤如下：
  （1）打开IDLE（Python Shell），在主菜单上选择Debug-》Debugger菜单选项，将打开Debug Control对话框（此时该对话框是空白的），同时Python3.10.7 Shell窗口中将显示“[DEBUG ON]”（表示已经处于调试状态），如图所示：

  （2）在Python3.10.7 Shell窗口中，选择File-》Open菜单项，打开要调试的文件，然后添加需要的断点。

 说明 ：断点的作用：设置断点后，程序执行到断点时就会暂时中断执行，程序可以随时继续。

  添加断点的方法是：在想要添加断点的代码行上，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“Set Breakpoint”菜单项。添加断点的行将以黄色底纹标记，如图所示：

 说明 ：如果想要删除已经添加的断点，可以选中已经添加断点的行，然后单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“Clear Breakpoint”菜单项即可。

  （3）添加所需的断点（添加断点的原则是：程序执行到这个位置时，想要查看某些变量的值，就在这个位置添加一个断点）后，按下快捷键，执行程序，这时Debug Control 对话框中将显示程序的执行信息，勾选Globals复选框，将显示全局变量。此时的Debug Control对话框如图所示：

  （4）在上图所示的调试工具栏中，提供了5个工具按钮。这里单击Go按钮执行程序，直到所设置的第一个断点。由于在实例代码.py文件中，第一个断点需要获取用户的输入，所以需要先在Python3.10.7 Shell窗口中输入除数和被除数。输入后，Debug Control窗口中的数据将发生变化，如下所示：

 说明 ：在调试工具栏中的5个按钮的作用为：Go按钮用于执行跳至断点操作；Step按钮用于进入要执行的函数；Over按钮表示单步执行；Out按钮表示跳出所在函数；Quit按钮表示结束调试。

 多学两招 ：在调试过程中，如果所设置的断点处有其他函数调用，还可以单击Step按钮进入到函数内，当确定该函数没有问题时，可以单击Out按钮跳出该函数。或者在调试的过程中已经发现的问题的原因，需要进行修改时，可以直接单击Quit按钮结束调试。另外，如果调试的目的不是很明确（即不确认问题的位置），也可以直接单击Setp按钮进行单步执行，这样可以清晰地观察地观察程序的执行过程和数据的变量，方便找出问题。

  （5）继续单击Go按钮，将执行到下一个断点，查看变量的变化，直到全部断点都执行完毕。调试工具栏上的按钮将变为不可用状态，如图所示：

  （6）程序调试完毕后，可以关闭Debug Control窗口，此时在Python 3.10.7 Shell窗口中将显示“DEBUG OFF”（表示已经结束调试）。

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三、使用assert 语句调试程序

  在程序开发过程中，除了使用开发工具自带的调试工具进行调试外，还可以在代码中通过print()函数把可能出现问题的变量输出进行查看，但是这种方法会产生很多垃圾信息。所以调试之后还需要将其删除，比较麻烦。所示，Python还提供了另外的方法，使用assert语句调试。

  assert的中文意思是断言，它一般用于对程序某个时刻必须满足的条件进行验证。assert语句的基本语法如下：

assert expression [,reason]
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参数说明：

• expression：条件表达式，如果该表达式的值为True时，什么都不做；如果为False时，则抛出 AssertionError 异常。
• reason：可选参数，用于对判断条件进行描述，为了以后更好地知道哪里出现了问题。

  例如，在执行除法运算的division()函数中，使用assert 断言调试程序，代码如下：

def division():
    num1 = int(input("请输入被除数："))  # 用户输入提示，并记录
    num2 = int(input("请输入除数："))
    assert num2 != 0, "除数不能为0"
    result = num1 // num2  # 执行除法运算
    print(result)


if __name__ == "__main__":
    division()  # 调用函数
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  运行程序，输入除数0，将抛出如下图所示的AssertionError 异常。

  通常情况下，assert语句可以和异常处理语句结合使用。所以，可以将上面代码改为以下内容：

def division():
    num1 = int(input("请输入被除数："))  # 用户输入提示，并记录
    num2 = int(input("请输入除数："))
    assert num2 != 0, "除数不能为0"
    result = num1 // num2  # 执行除法运算
    print(result)


if __name__ == "__main__":
    try:  # 捕获异常
        division()  # 调用函数
    except AssertionError as e:  # 处理AssertionError异常
        print("\n输入有误", e)  # 输出错误原因
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  assert语句只在调试阶段有效。我们可以通过在执行Python命令时加入-O（大写）参数来关闭assert 语句 。例如，在命令行窗户中输入以下代码执行“E:\program\Python\Code”目标下的Demo.py文件，即关闭Demo.py文件中的assert语句：

E:
cd E:\program\Python\Code
Python -O Demo.py
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