C语言编程常见问题解答之调试

2019-11-17 05:41:40

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供稿：网友

    调试(debugging)是指去掉程序中的错误(通常被称为bugs)的过程。一个错误可能非常简单，例如拼错一个单词或者漏掉一个分号；也可能比较复杂，例如使用一个指向并不存在的地址的指针。无论错误的复杂程度如何，把握正确的调试方法都能使程序员受益匪浅。

    11．1 假如我运行的程序挂起了，应该怎么办?
    当你运行一个程序时会有多种原因使它挂起，这些原因可以分为以下4种基本类型：
    (1)程序中有死循环；
    (2)程序运行的时间比所期望的长；
    (3)程序在等待某些输入信息，并且直到输入正确后才会继续运行；
    (4)程序设计的目的就是为了延迟一段时间，或者暂停执行。
    在讨论了因未知原因而挂起的程序的调试技巧后，将逐个分析上述的每种情况。
    调试那些因未知原因而挂起的程序是非常困难的。你可能花费了很长的时间编写一个程序，并努力确保每条代码都准确无误，你也可能只是在一个原来运行良好的程序上作了一个很小的修改，然而，当你运行程序时屏幕上却什么也没有显示。假如你能得到一个错误的结果，或者部分结果，你也许知道应该作些什么修改，而一个空白的屏幕实在令人沮丧，你根本不知道错在哪里。
    在开始调试这样一个程序时，你应该先检查一下程序结构，然后再按执行顺序依次查看程序的各个部分，看看它们是否能正确运行。
    例如，假如主程序只包含3个函数调用——A()、B()和C()，那么在调试时，你可以先检查函数A()是否把控制权返回给了主程序。为此，你可以在调用函数A()的语句后面加上exit()命令，也可以用注释符把对函数B()和C()的调用括起来，然后重新编译并运行这个程序。

    注重：通过调试程序(debugger)也可以做到这一点，然而上述方法是一种很传统的调试方法。调试程序是一个程序，它的作用是让程序员能够观察程序的运行情况、程序的当前运行行号、变量的值，等等。

    此时你将看到函数A()是否将控制权返回给了主程序——假如该程序运行并退出，你可以判定是程序的其它部分使程序挂起。你可以用这种方法测试程序的每一部分，直到发现使程序挂起的那一部分，然后集中精力修改相应的函数。
    有时，情况会更复杂一些。例如，使程序挂起的函数本身是完全正常的，问题可能出在该函数从别的地方得到了一些错误的数据。这时，你就要检查该函数所接受的所有的值，并找出是哪些值导致了错误操作。

    技巧：监视函数是调试程序的出色功能之一。

    分析下面这个简单的例子将帮助你把握这种技巧的使用方法：
#include <stdio. h>
#include <stdlib. h>
/*
   * Declare the functions that the main function is using
   */
int A(), B(int), C(int, int);
/*
   * The main PRogram
   */
int A(), B(), C(); /*These are functions in some other
                      module * /
int main()
{
    int v1, v2, v3;
    v1 = A();
    v2 = B(v1);
    v3 = C(v1, v2);
    printf ("The Result is %d. /n" , v3);
    return(0) ;
}

    你可以在调用函数A()的语句后输出变量v1的值，以确认它是否在函数B()所能接受的值的范围之内，因为即使是函数B()使程序挂起，它本身并不一定就有错，而可能是因为函数A()给了函数B()一个并非它所期望的值。
现在，已经分析了调试“挂起”的程序的基本方法，下面来看看一些使程序挂起的常见错误。

    死循环
    当你的程序出现了死循环时，机器将无数次地执行同一段代码，这种操作当然是程序员所不希望的。出现死循环的原因是程序员使程序进行循环的判定条件永远为真，或者使程序退出循环的判定条件永远为假。下面是一个死循环的例子：
/* initialize a double dimension array */
for (a = 0 ; a < 10; ++a )
{
    for(b = 0; b<10; ++a)
    {
         array[a][b]==0;
    }
}

    这里的问题是程序员犯了一个错误(事实上可能是键入字母的错误)，第二个循环本应在变量b增加到10后结束，但是却从未让变量b的值增加!第二个for循环的第三部分增加变量a的值，而程序员的本意是要增加变量b的值。因为b的值将总是小于10，所以第二个for循环会一直运行下去。
    怎样才能发现这个错误呢?除非你重新阅读该程序并注重到变量b的值没有增加，否则你不可能发现这个错误。当你试图调试该程序时，你可以在第二个for循环的循环体中加入这样一条语句：
    printf(" %d %d %d/n" , a , b , array[a][b]) ;
这条语句的正确输出应该是：
    0 0 0
    0 1 0
    (and eventually reaching)
    9 9 0
但你实际上看到的输出却是：
    0 0 0
    1 0 0
    2 0 0
    ...
你所得到是一个数字序列，它的第一项不断增加，但它本身永远不会结束。用这种方法输出变量不仅可以找出错误，而且还能知道数组是否由所期望的值组成。这个错误用其它方法似乎很难发现!这种输出变量内容的技巧以后还会用到。
    产生死循环的其它原因还有一些其它的原因也会导致死循环。请看下述程序段：
int main()
{
     int a = 7;
     while ( a < 10)
    {
    + +a;
      a /= 2;
    }
    return (0);
}
    尽管每次循环中变量a的值都要增加，但与此同时它又被减小了一半。变量a的初始值为7，它先增加到8，然后减半到4。因此，变量a永远也不会增加到10，循环也永远不会结束。

   运行时间比期望的时间长

    在有些情况下，你会发现程序并没有被完全“锁死”，只不过它的运行时间比你所期望的时间长，这种情况是令人讨厌的。假如你所使用的计算机运算速度很快，能在极短的时间内完成很复杂的运算，那么这种情况就更令人讨厌了。下面举几个这样的例子：

/*
   * A subroutine to calculate Fibonacci numbers
   */
int fib ( int i)
{
    if (i <3)
         return 1;
    else
         return fib( i - 1)+fib( i - 2);
}

    一个菲波那契(Fibonacci)数是这样生成的：任意一个菲波那契数都是在它之前的两个菲波那契数之和；第一个和第二个菲波那契数是例外，它们都被定义为1。菲波那契数在数学中很有意思，而且在实际中也有许多应用。

注重：在向日葵的种子中可以找到菲波那契数的例子——向日葵有两组螺旋形排列的种子，一组含21颗种子，另一组含34颗种子，这两个数恰好都是菲波那契数。

    从表面上看，上述程序段是定义菲波那契数的一种很简单的方法。这段程序简洁短小，看上去执行时间不会太长。但事实上，哪怕是用计算机计算出较小的菲波那契数，例如第100个，都会花去很长的时间，下文中将分析其中的原因。
假如你要计算第40个菲波那契数的值，就要把第39个和第38个菲波那契数的值相加，因此需要先计算出这两个数，而为此又要分别计算出另外两组更小的菲波那契数的和。不难看出，第一步是2个子问题，第二步是4个子问题，第三步是8个子问题，如此继续下去，结果是子问题的数目以步数为指数不断增长。例如，在计算第40个菲波那契数的过程中，函数fib()将被调用2亿多次!即便在一台速度相当快的计算机上，这一过程也要持续好几分钟。
数字的排序所花的时间有时也会超出你的预料：
/*
   * Routine to sort an array of integers.
   * Takes two parameters:
   *     ar---The array of numbers to be sorted, and
   *     size---the size of the array.
   */
void sort( int ar[], int size )
{
      int i,j;
      for( i = 0; i<size - 1; ++ i)
       {
           for( j = 0; j< size - 1; ++j )
           {

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