5．如何調試程序？

編程遇到bug是令每個程序員頭疼的事情，初學者查找bug的一個常見方式就是在代碼中添加輸出語句，將自己想要觀察的變量的值打印到控制臺上，盡管這是一個非常原始的方法，但很多同學發現這種方法行之有效之后就養成了用這種方式查找bug的習慣。然而每一次都要添加和刪除輸出語句的做法實在是非常笨拙，那么到底應該如何進行調試呢？

本節選擇Java作為示例語言，選擇Eclipse作為集成開發環境介紹調試的方法。即使讀者使用的是其他語言，閱讀本節同樣可以幫助其掌握調試的基本思想。

示例代碼5.1

設置斷點

以下我們將通過示例代碼5.1說明如何調試Java代碼。示例代碼5.1的作用是在控制臺輸出1～100中所有的素數，main函數遍歷1～100，通過調用isPrime函數判斷該數是否為素數，如果是素數就打印到控制臺。isPrime函數判斷一個數是否為素數的方法是，查找該數是否有除了1和自身以外的約數，如果不存在其他約數，則說明該數為素數，函數返回true，否則返回false。

調試的第一步是設置斷點，程序運行到斷點時就會暫停并且進入調試模式。我們可以在代碼中任何自己關心的地方設置斷點，設置的方法是在該行代碼的左邊欄雙擊，之后左邊欄就會出現一個圓點，如圖5.1所示，我們在if語句處設置了斷點。

當程序運行到第6行if語句處時就會暫停，在此之后想要讓程序繼續執行需要通過單步調試來實現。而程序一旦暫停之后，我們就能觀察特定時刻程序中各個變量的值，這樣我們就不需要通過輸出語句來觀察變量了。如果我們設置的是普通斷點，那么程序在第一次運行到該行代碼處就會暫停，示例中也就是for循環中的第一次循環。我們還可以設置條件斷點，設置的方法是右擊斷點，選擇Breakpoint Properties，如圖5.2所示，我們將Hit Count設置為20，這就表示該循環執行到第20次時才會暫停，在此之前的循環不發生暫停，這就是條件斷點。

我們也可以不設置Hit Count，而是通過條件來實現同樣的作用，使得循環執行到第20次時才暫停，如圖5.3所示。勾選Conditional, Suspend when true，并將條件設置為“i == 20”，表示“i == 20”這一條件為真時程序暫停。

開始調試

在設置完斷點之后就可以開始調試了，進入調試的方法是單擊調試按鈕，或者右擊斷點，選擇Debug as→Java Application。Eclipse就會進入調試模式，如圖5.4所示，視圖一共被分為5個區域，對應圖中的序號，分別如下。

（1）線程堆棧區域：表示當前線程的堆棧，從中可以看出正在運行的代碼與行號，以及整個調用過程。

（2）變量視圖區域：該區域包括三個視圖，變量視圖顯示當前代碼行中所有可以訪問的實例變量和局部變量，斷點視圖顯示當前代碼的所有斷點位置，而在表達式視圖中，用戶可以對自己感興趣的一些變量進行觀察，也可以增加一些自己設定的表達式對其值進行觀察。

（3）代碼區域：該區域顯示程序代碼。

（4）代碼結構區域：該區域顯示代碼中的各種函數方法。

（5）控制臺區域：該區域顯示控制臺信息，用戶可以打印內容到控制臺。

進入調試后，程序在設置的條件斷點（i == 20）處暫停，讓我們來觀察一下變量視圖區域與控制臺區域。圖5.5顯示了變量視圖區域，在變量視圖中，我們可以觀察到for循環中定義的變量i。由于我們設置了條件斷點，程序暫停時i為20。圖5.6顯示了控制臺區域，我們可以觀察到程序在暫停之前輸出了1～20中的所有素數，輸出符合我們設置的條件斷點。

調試方法

程序暫停之后，就需要通過單步調試讓程序繼續執行下去了，所謂的單步調試，就是每一步只執行程序的一行命令，主要的調試方法如表5.1所示。

接下來通過示例代碼5.1講解上述主要調試方法。首先是Step into，即單步進入，程序暫停后，我們按下快捷鍵F5，程序就會開始一行一行執行，由于遇到了函數isPrime，單步進入會讓我們的執行進入isPrime函數內部，于是程序執行到第13行，如圖5.7所示。

接下來可以繼續通過F5鍵單步執行，當程序運行到第17行時，我們可以在變量視圖區域發現新增了變量max，其值為4，如圖5.8所示。

當程序運行到第17行時，我們通過F7鍵執行Step return，這一調試方法的作用是使得當前所在方法直接執行完畢，因此程序將isPrime方法執行完畢后直接返回main函數第6行，如圖5.9所示。

剛才我們已經學習了Step into的方法，讀者或許在想，調試程序的時候可不可以不進入isPrime方法的內部，而只是在main函數的層面進行單步調試呢？答案是肯定的，這就是Step over。Step over同樣是單步執行程序，但是遇到方法不會進入方法內部。示例代碼5.1中，在第6六行按下F6鍵，程序將在執行完isPrime方法后暫停。

Resume和Terminate比較容易理解，Resume表示讓程序繼續執行，直到下一個斷點處才會暫停。Terminate方法表示讓程序終止運行。

Drop to frame調試方法比較特別，該方法可以在當前線程的棧幀中回退，可以退回到當前線程的調用開始處。回退時，在需要回退的線程方法上右擊，選擇Drop to frame。以示例代碼5.1為例，當我們通過F5鍵使程序暫停在isPrime函數中間時，執行Drop to frame則會讓調試重新從isPrime函數的起始處執行，所有內存中變量的值都會回退到函數開始的時候。

其他調試技巧

在調試過程中，我們可以修改變量的值。還是以示例代碼5.1為例，在設置條件斷點后，程序暫停，此時變量i的值為20。我們在變量視圖區域右擊變量i，選擇Change Value，就可以修改變量i的值了，如圖5.10所示。

調試時，我們還可以隨時監測表達式的值，選中代碼中的表達式，右擊選擇Watch，就可以在Expressions視圖中看到該表達式的值了。