5．如何调试程序？

编程遇到bug是令每个程序员头疼的事情，初学者查找bug的一个常见方式就是在代码中添加输出语句，将自己想要观察的变量的值打印到控制台上，尽管这是一个非常原始的方法，但很多同学发现这种方法行之有效之后就养成了用这种方式查找bug的习惯。然而每一次都要添加和删除输出语句的做法实在是非常笨拙，那么到底应该如何进行调试呢？

本节选择Java作为示例语言，选择Eclipse作为集成开发环境介绍调试的方法。即使读者使用的是其他语言，阅读本节同样可以帮助其掌握调试的基本思想。

示例代码5.1

设置断点

以下我们将通过示例代码5.1说明如何调试Java代码。示例代码5.1的作用是在控制台输出1～100中所有的素数，main函数遍历1～100，通过调用isPrime函数判断该数是否为素数，如果是素数就打印到控制台。isPrime函数判断一个数是否为素数的方法是，查找该数是否有除了1和自身以外的约数，如果不存在其他约数，则说明该数为素数，函数返回true，否则返回false。

调试的第一步是设置断点，程序运行到断点时就会暂停并且进入调试模式。我们可以在代码中任何自己关心的地方设置断点，设置的方法是在该行代码的左边栏双击，之后左边栏就会出现一个圆点，如图5.1所示，我们在if语句处设置了断点。

当程序运行到第6行if语句处时就会暂停，在此之后想要让程序继续执行需要通过单步调试来实现。而程序一旦暂停之后，我们就能观察特定时刻程序中各个变量的值，这样我们就不需要通过输出语句来观察变量了。如果我们设置的是普通断点，那么程序在第一次运行到该行代码处就会暂停，示例中也就是for循环中的第一次循环。我们还可以设置条件断点，设置的方法是右击断点，选择Breakpoint Properties，如图5.2所示，我们将Hit Count设置为20，这就表示该循环执行到第20次时才会暂停，在此之前的循环不发生暂停，这就是条件断点。

我们也可以不设置Hit Count，而是通过条件来实现同样的作用，使得循环执行到第20次时才暂停，如图5.3所示。勾选Conditional, Suspend when true，并将条件设置为“i == 20”，表示“i == 20”这一条件为真时程序暂停。

开始调试

在设置完断点之后就可以开始调试了，进入调试的方法是单击调试按钮，或者右击断点，选择Debug as→Java Application。Eclipse就会进入调试模式，如图5.4所示，视图一共被分为5个区域，对应图中的序号，分别如下。

（1）线程堆栈区域：表示当前线程的堆栈，从中可以看出正在运行的代码与行号，以及整个调用过程。

（2）变量视图区域：该区域包括三个视图，变量视图显示当前代码行中所有可以访问的实例变量和局部变量，断点视图显示当前代码的所有断点位置，而在表达式视图中，用户可以对自己感兴趣的一些变量进行观察，也可以增加一些自己设定的表达式对其值进行观察。

（3）代码区域：该区域显示程序代码。

（4）代码结构区域：该区域显示代码中的各种函数方法。

（5）控制台区域：该区域显示控制台信息，用户可以打印内容到控制台。

进入调试后，程序在设置的条件断点（i == 20）处暂停，让我们来观察一下变量视图区域与控制台区域。图5.5显示了变量视图区域，在变量视图中，我们可以观察到for循环中定义的变量i。由于我们设置了条件断点，程序暂停时i为20。图5.6显示了控制台区域，我们可以观察到程序在暂停之前输出了1～20中的所有素数，输出符合我们设置的条件断点。

调试方法

程序暂停之后，就需要通过单步调试让程序继续执行下去了，所谓的单步调试，就是每一步只执行程序的一行命令，主要的调试方法如表5.1所示。

接下来通过示例代码5.1讲解上述主要调试方法。首先是Step into，即单步进入，程序暂停后，我们按下快捷键F5，程序就会开始一行一行执行，由于遇到了函数isPrime，单步进入会让我们的执行进入isPrime函数内部，于是程序执行到第13行，如图5.7所示。

接下来可以继续通过F5键单步执行，当程序运行到第17行时，我们可以在变量视图区域发现新增了变量max，其值为4，如图5.8所示。

当程序运行到第17行时，我们通过F7键执行Step return，这一调试方法的作用是使得当前所在方法直接执行完毕，因此程序将isPrime方法执行完毕后直接返回main函数第6行，如图5.9所示。

刚才我们已经学习了Step into的方法，读者或许在想，调试程序的时候可不可以不进入isPrime方法的内部，而只是在main函数的层面进行单步调试呢？答案是肯定的，这就是Step over。Step over同样是单步执行程序，但是遇到方法不会进入方法内部。示例代码5.1中，在第6六行按下F6键，程序将在执行完isPrime方法后暂停。

Resume和Terminate比较容易理解，Resume表示让程序继续执行，直到下一个断点处才会暂停。Terminate方法表示让程序终止运行。

Drop to frame调试方法比较特别，该方法可以在当前线程的栈帧中回退，可以退回到当前线程的调用开始处。回退时，在需要回退的线程方法上右击，选择Drop to frame。以示例代码5.1为例，当我们通过F5键使程序暂停在isPrime函数中间时，执行Drop to frame则会让调试重新从isPrime函数的起始处执行，所有内存中变量的值都会回退到函数开始的时候。

其他调试技巧

在调试过程中，我们可以修改变量的值。还是以示例代码5.1为例，在设置条件断点后，程序暂停，此时变量i的值为20。我们在变量视图区域右击变量i，选择Change Value，就可以修改变量i的值了，如图5.10所示。

调试时，我们还可以随时监测表达式的值，选中代码中的表达式，右击选择Watch，就可以在Expressions视图中看到该表达式的值了。