《C Primer Plus（第6版）中文版》一2.7 調試程式

本節書摘來自異步社群《c primer plus（第6版）中文版》一書中的第2章，第2.7節，作者 傅道坤，更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視。

現在，你可以編寫一個簡單的c程式，但是可能會犯一些簡單的錯誤。程式的錯誤通常叫做bug，找出并修正錯誤的過程叫做調試（debug）。程式清單2.4是一個有錯誤的程式，看看你能找出幾處。

程式清單2.4　nogood.c程式

程式清單2.4中有多處文法錯誤。如果不遵循c語言的規則就會犯文法錯誤。這類似于英文中的文法錯誤。例如，看看這個句子：bugs frustrate be can[6]。該句子中的英文單詞都是有效的單詞（即，拼寫正确），但是并未按照正确的順序組織句子，而且用詞也不妥。c語言的文法錯誤指的是，把有效的c符号放在錯誤的地方。

nogood.c程式中有哪些錯誤？其一，main()函數體使用圓括号來代替花括号。這就是把c符号用錯了地方。其二，變量聲明應該這樣寫：

或者，這樣寫：

其三，main()中的注釋末尾漏掉了/（另一種修改方案是，用//替換/）。最後，printf()語句末尾漏掉了分号。

如何發現程式的文法錯誤？首先，在編譯之前，浏覽源代碼看是否能發現一些明顯的錯誤。接下來，檢視編譯器是否發現錯誤，檢查程式的文法錯誤是它的工作之一。在編譯程式時，編譯器發現錯誤會報告錯誤資訊，指出每一處錯誤的性質和具體位置。

盡管如此，編譯器也有出錯的時候。也許某處隐藏的文法錯誤會導緻編譯器誤判。例如，由于nogood.c程式未正确聲明n2和n3，會導緻編譯器在使用這些變量時發現更多問題。實際上，有時不用把編譯器報告的所有錯誤逐一修正，僅修正第1條或前幾處錯誤後，錯誤資訊就會少很多。繼續這樣做，直到編譯器不再報錯。編譯器另一個常見的毛病是，報錯的位置比真正的錯誤位置滞後一行。例如，編譯器在編譯下一行時才會發現上一行缺少分号。是以，如果編譯器報錯某行缺少分号，請檢查上一行。

語義錯誤是指意思上的錯誤。例如，考慮這個句子：scornful derivatives sing greenly（輕蔑的衍生物不熟練地唱歌）。句中的形容詞、名詞、動詞和副詞都在正确的位置上，是以文法正确。但是，卻讓人不知所雲。在c語言中，如果遵循了c規則，但是結果不正确，那就是犯了語義錯誤。程式示例中有這樣的錯誤：

此處，n3原意表示n的3次方，但是代碼中的n3被設定成n的4次方（n2 = n * n）。

編譯器無法檢測語義錯誤，因為這類錯誤并未違反c語言的規則。編譯器無法了解你的真正意圖，是以你隻能自己找出這些錯誤。例如，假設你修正了程式的文法錯誤，程式應該如程式清單2.5所示：

程式清單2.5　stillbad.c程式

該程式的輸出如下：

如果對簡單的立方比較熟悉，就會注意到625不對。下一步是跟蹤程式的執行步驟，找出程式如何得出這個答案。對于本例，通過檢視代碼就會發現其中的錯誤，但是，還應該學習更系統的方法。方法之一是，把自己想象成計算機，跟着程式的步驟一步一步地執行。下面，我們來試試這種方法。

main()函數體一開始就聲明了3個變量：n、n2、n3。你可以畫出3個盒子并把變量名寫在盒子上來模拟這種情況（見圖2.6）。接下來，程式把5賦給變量n。你可以在标簽為n的盒子裡寫上5。接着，程式把n和n相乘，并把乘積賦給n2。是以，檢視标簽為n的盒子，其值是5，5乘以5得25，于是把25放進标簽為n2的盒子裡。為了模拟下一條語句（n3 = n2 * n2），檢視n2盒子，發現其值是25。25乘以25得625，把625放進标簽為n3的盒子。原來如此！程式中計算的是n2的平方，不是用n2乘以n得到n的3次方。

圖2.6　跟蹤程式的執行步驟

對于上面的程式示例，檢查程式的過程可能過于繁瑣。但是，用這種方法一步一步檢視程式的執行情況，通常是發現程式問題所在的良方。

通過逐漸跟蹤程式的執行步驟，并記錄每個變量，便可監視程式的狀态。程式狀态（program state）是在程式的執行過程中，某給定點上所有變量值的集合。它是計算機目前狀态的一個快照。

我們剛剛讨論了一種跟蹤程式狀态的方法：自己模拟計算機逐漸執行程式。但是，如果程式中有10000次循環，這種方法恐怕行不通。不過，你可以跟蹤一小部分循環，看看程式是否按照預期的方式執行。另外，還要考慮一種情況：你很可能按照自己所想去執行程式，而不是根據實際寫出來的代碼去執行。是以，要盡量忠實于代碼來模拟。

定位語義錯誤的另一種方法是：在程式中的關鍵點插入額外的printf()語句，以監視制定變量值的變化。通過檢視值的變化可以了解程式的執行情況。對程式的執行滿意後，便可删除額外的printf()語句，然後重新編譯。

檢測程式狀态的第3種方法是使用調試器。調試器（debugger）是一種程式，讓你一步一步運作另一個程式，并檢查該程式變量的值。調試器有不同的使用難度和複雜度。較進階的調試器會顯示正在執行的源代碼行号。這在檢查有多條執行路徑的程式時很友善，因為很容易知道正在執行哪條路徑。如果你的編譯器自帶調試器，現在可以花點時間學會怎麼使用它。例如，試着調試一下程式清單2.4。