1.4 調(diào)試

軟件工程師最重要的技能之一是高效、有效的調(diào)試能力。大多數(shù)開(kāi)發(fā)環(huán)境都有調(diào)試工具。在Windows、macOS和Linux上，這些調(diào)試工具都很好。學(xué)會(huì)使用這些工具是一項(xiàng)投資，可以很快得到回報(bào)。本節(jié)將簡(jiǎn)要介紹如何使用調(diào)試器來(lái)逐步調(diào)試代碼清單1-8中的程序。你可以跳到與自己的環(huán)境最相關(guān)的部分。

1.4.1 Visual Studio

Visual Studio有一個(gè)內(nèi)置的優(yōu)秀調(diào)試器。建議在Debug配置中調(diào)試程序。這將使工具鏈以增強(qiáng)調(diào)試體驗(yàn)為目標(biāo)。在Release模式下進(jìn)行調(diào)試的唯一原因是診斷一些在Release模式下出現(xiàn)而在Debug模式下沒(méi)有出現(xiàn)的罕見(jiàn)情況。

1）打開(kāi)main.cpp，找到main的第一行。

2）單擊main第一行對(duì)應(yīng)的行號(hào)左邊的空白處，插入一個(gè)斷點(diǎn)，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)紅色的圓圈，如圖1-4所示。

3）選擇Debug（調(diào)試）→Start Debugging（啟動(dòng)調(diào)試）。程序?qū)⑦\(yùn)行到插入斷點(diǎn)的那一行。調(diào)試器將停止程序的執(zhí)行，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)黃色的箭頭，指示要運(yùn)行的下一條指令，如圖1-5所示。

4）選擇Debug（調(diào)試）→Step Over（單步跳過(guò)）。單步跳過(guò)是在不“進(jìn)入”任何函數(shù)調(diào)用的情況下執(zhí)行指令。默認(rèn)情況下，單步跳過(guò)的鍵盤(pán)快捷鍵是<F10>。

5）因?yàn)橄乱恍袑⒄{(diào)用step_function，所以選擇Debug（調(diào)試）→Step Into（單步調(diào)試）來(lái)調(diào)用step_function并在該函數(shù)的第一行中斷。通過(guò)單步調(diào)試或單步跳過(guò)可繼續(xù)調(diào)試這個(gè)函數(shù)。默認(rèn)情況下，單步調(diào)試的鍵盤(pán)快捷鍵是<F11>。

6）要讓執(zhí)行返回到main，請(qǐng)選擇Debug（調(diào)試）→Step Out（單步跳出）。默認(rèn)情況下，單步跳出的鍵盤(pán)快捷鍵是<Shift+F11>。

7）通過(guò)選擇Debug→Windows→Auto，檢查Autos窗口。我們可以看到一些重要變量的當(dāng)前值，如圖1-6所示。

可以看到，num1被設(shè)置為42，result1被設(shè)置為1。為什么num2有一個(gè)亂七八糟的值？因?yàn)?b>num2初始化為0的過(guò)程還沒(méi)有發(fā)生：這是下一條指令要執(zhí)行的。

注意 調(diào)試器剛剛強(qiáng)調(diào)了一個(gè)非常重要的底層細(xì)節(jié)：分配對(duì)象的存儲(chǔ)空間和初始化對(duì)象的值是兩個(gè)不同的步驟。第4章將介紹更多關(guān)于存儲(chǔ)空間分配和對(duì)象初始化的知識(shí)。

Visual Studio調(diào)試器支持更多的功能。欲了解更多信息，請(qǐng)查看Visual Studio文檔。

1.4.2 Xcode

Xcode也有一個(gè)內(nèi)置的優(yōu)秀調(diào)試器，它已完全集成在IDE中。

1）打開(kāi)main.cpp，找到main的第一行。

2）單擊第一行，然后選擇Debug（調(diào)試）→Breakpoints（斷點(diǎn)）→Add Breakpoint at Current Line（在當(dāng)前行設(shè)置斷點(diǎn)），此時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)斷點(diǎn)，如圖1-7所示。

3）選擇Run（運(yùn)行），程序?qū)⑦\(yùn)行到插入斷點(diǎn)的那一行。調(diào)試器將停止程序的執(zhí)行，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)綠色的箭頭，指示下一條要運(yùn)行的指令，如圖1-8所示。

4）選擇Debug（調(diào)試）→Step Over（單步跳過(guò)）來(lái)執(zhí)行指令，而不“進(jìn)入”任何函數(shù)調(diào)用。默認(rèn)情況下，單步跳過(guò)的鍵盤(pán)快捷鍵是<F6>。

5）因?yàn)橄乱恍写a會(huì)調(diào)用step_function，所以選擇Debug（調(diào)試）→Step Into（單步調(diào)試）來(lái)調(diào)用step_function并在該函數(shù)第一行中斷。通過(guò)單步調(diào)試或單步跳過(guò)可繼續(xù)調(diào)試這個(gè)函數(shù)。默認(rèn)情況下，單步跳過(guò)的鍵盤(pán)快捷鍵是<F7>。

6）要讓執(zhí)行返回到main，請(qǐng)選擇Debug（調(diào)試）→Step Out（單步跳出）。默認(rèn)情況下，單步跳出的鍵盤(pán)快捷鍵是<F8>。

7）檢查main.cpp屏幕底部的Autos窗口，可以看到一些重要變量的當(dāng)前值，如圖1-9所示。

可以看到，num1被設(shè)置為42，result1被設(shè)置為1。為什么num2有一個(gè)亂七八糟的值？因?yàn)?b>num2初始化為0的過(guò)程還沒(méi)有發(fā)生：這是下一條指令要執(zhí)行的。

Xcode調(diào)試器支持更多的功能。欲了解更多信息，請(qǐng)查看Xcode文檔。

1.4.3 用GDB和LLDB對(duì)GCC和Clang進(jìn)行調(diào)試

GNU項(xiàng)目調(diào)試器（GNU project DeBugger，GDB）是一個(gè)強(qiáng)大的調(diào)試器（https://www.gnu.org/software/gdb/）。我們可以使用命令行與GDB交互。要在用g++或clang++編譯時(shí)啟用調(diào)試支持，必須添加-g標(biāo)志。

包管理器很可能有GDB。例如，要用高級(jí)包工具（APT）安裝GDB，請(qǐng)輸入以下命令：

Clang也有一個(gè)很好的調(diào)試器，叫作LLDB（Low Level DeBugger），詳見(jiàn)https://lldb.llvm.org/。它與本節(jié)中的GDB命令兼容，所以為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，這里不具體介紹LLDB。我們可以使用LLDB來(lái)調(diào)試由GCC編譯的程序，也可以使用GDB來(lái)調(diào)試用Clang編譯的程序。

注意 Xcode在后臺(tái)使用LLDB。

使用GDB調(diào)試代碼清單1-8中的程序，請(qǐng)遵循以下步驟：

1）在命令行中，切換到存放頭文件和源文件的文件夾。

2）啟用調(diào)試支持的同時(shí)編譯程序：

3）使用gdb調(diào)試程序應(yīng)該可以看到以下交互式控制臺(tái)會(huì)話：

4）要插入斷點(diǎn)，可以使用break命令，該命令需要一個(gè)參數(shù)，該參數(shù)對(duì)應(yīng)源文件的名稱和要插入斷點(diǎn)的行（用冒號(hào)分開(kāi)）。例如，假設(shè)我們想在main.cpp的第一行（對(duì)應(yīng)代碼清單1-8的第5行，是否需要調(diào)整位置取決于編寫(xiě)代碼的方式）中斷。在（gdb）提示符下可使用以下命令創(chuàng)建斷點(diǎn)：

5）我們也可以通過(guò)函數(shù)名告訴gdb在某個(gè)特定的函數(shù)處中斷：

6）不管怎樣，現(xiàn)在可以執(zhí)行程序了：

7）要單步調(diào)試指令，可用step命令來(lái)追蹤程序的每一行，包括函數(shù)內(nèi)部的單步調(diào)試：

8）要繼續(xù)單步調(diào)試，可按<Enter>鍵，重復(fù)上一個(gè)命令：

9）要跳出函數(shù)的調(diào)用，可以使用finish命令：

10）要執(zhí)行一條指令而不進(jìn)入函數(shù)，可以使用next命令：

11）要檢查變量的當(dāng)前值，可以使用info locals命令：

注意，任何尚未被初始化的變量都不會(huì)有合理的值。

12）若要繼續(xù)執(zhí)行直到下一個(gè)斷點(diǎn)（或程序結(jié)束），可以使用continue命令：

13）使用quit命令可以隨時(shí)退出gdb。

GDB支持更多的功能。欲了解更多信息，請(qǐng)查看https://sourceware.org/gdb/current/onlinedocs/gdb.html/。