前言

❓ 刷题的时候我打死都想不到怎么办？

💡 多刷题！题目刷多了思路就开开阔了，自然就能想到了。

❓ 我有解题的思路，但是我写代码的时候很困难怎么办？

💡 画图！通过画图可以更好地把思路转换成代码。

❓ 如何学好数据结构？

多画图，配合着图来写代码，再加上多调试！

画图可以使用Windows自带画图，也可以用笔在草稿纸上画。刚开始的时候不管出没出问题，都建议调试一下的（力扣上要钱，直接使用搬到VS上慢慢调，爽调！）因为调试不仅仅是帮助我们分析程序找到错误的，也可以让我们去观察和理解程序。调试才是硬技能！

一、调试（Debug）

0x00 何为调试

一名优秀的程序员是一名出色的侦探，每一次调试都是尝试破案的过程……

📚 定义：调试，又称除错，是发现和减少计算机程序电子仪器设备中程序错误的一个过程；

0x01 调试的基本步骤

📚 基本步骤：

    ① 发现程序错误的存在；

          ✅ 能够发现错误的人：

               ⑴  程序员，自己发现；

               ⑵  软件测试人员，测试软件；

               ⑶  用户，代价严重；

          📜 箴言：要善于承认自己的错误，不能掩盖错误；

    ② 以隔离、消除等方式对错误进行定位；

           ✅ 能知道大概在什么位置，再确定错误产生的原因是什么；

    ③ 提出纠正错误的解决方案；

    ④ 对程序错误订正，重新调试；

二、Debug和Release的介绍

0x00 对比

📚 Debug 通常称为调试版本，它包含调试信息，并且不做任何优化，便于程序员调试程序；

📚 Release 称为发布版本，他往往是进行了各种优化，使得程序在代码大小和运行速度上是最优的，以便用户更好的使用；

📌 注意事项：Release 版本是不能调试的；

💬 用 Debug 和 Release 分别运行：

int main()
{
    char* p = "hello,world!";
    printf("%s\n", p);
    return 0;
}

🚩 Debug 环境下运行结果如下：

🚩  Release 环境下运行结果如下：

💡 我们可以发现：Release进行了优化，使得程序在运行速度和代码大小上是最优的；

💬 Debug和Release反汇编展示对比：

0x01 Release的优化

❓ 使用Release版本调试时，编辑器进行了那些优化呢？

💬 请看下列代码：

int main()
{
    int arr[10] = {0};
    int i = 0;
    for(i=0; i<=12; i++) {
        arr[i] = 0;
        printf("hehe\n");
    }
    return 0;
}

🚩 如果是 debug 模式去编译，程序结果是 死循环：

🚩 如果是 release 模式去编译，程序没有死循环：

💡 因为 release 的优化，避免了死循环的发生；

三、Windows环境调试介绍

0x00 调试环境准备

📚 在环境中选择 debug 选项，才能使代码正常调试；

📌 注意事项：本章使用 VS2019 演示；

0x01 开始调试（F5）

✅ 快捷键：F5

📚 作用：启动调试，经常用来直接调到下一个断点处；

📌 注意事项：

    ① 如果直接按 F5 ，如果没有阻挡的话程序一口气就干完了；

    ② 使用 F5 之前要先使用 F9 ，设置断点；

💬 按 F5 开始调试下列代码：

int main()
{
  int arr[10] = { 0 };
  int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
  int i = 0;
  for (i = 0; i < sz; i++) {
  arr[i] = i + 1;
  }
  for (i = 0; i < sz; i++) {
  printf("%d\n", arr[i]);
  }
  return 0;
}

🚩 运行后结果如下：

0x02 断点（F9）

✅ 快捷键：F9

📚 作用：创建断点和取消断点，断电的重要作用可以在程序的任意位置设置断点；这样就可以使得程序在想要的位置随意停止执行，继而可以一步步执行下去；

💬 按 F9 设置断点

🚩 这时按下 F5 就会直接跳到断点部分：

0x03 逐过程（F10）

✅ 快捷键：F10

📚 作用：通常用来处理一个过程，一个过程可以是一次函数的调用，或者是一条语句；

💬 逐过程：

💡 按一次 F10 代码就往下走一步；

0x04 逐语句（F11）

✅ 快捷键：F11（这是最常用的）

📚 作用：每次都执行一条语句，观察的细腻度比 F10 还要高，可以进入到函数内部；

📌 注意事项：F10 和 F11 大部分情况是一样的，区别在于 F11 遇到函数时可以进到函数内部去，函数的内部也可以一步步观察，而 F10 遇到函数调用完之后就跳出去了；

💬 观察函数内部：

💡 如果想观察函数内部，就要使用 F11 （逐语句）；

0x05 开始执行不调试（Ctrl + F5）

✅ 快捷键： Ctrl + F5

📚 作用：开始执行不调试，如果你想让程序直接运行起来而不调试就可以直接使用；

0x06 总结

F5 - 启动调试

F9 - 设置/取消断点

F10 - 逐过程

F11 - 逐语句 - 更加细腻

Ctrl + F5 - 运行

📌 注意事项：如果你按上面的快捷键不起作用时，可能是因为辅助功能键（Fn）导致的，此时按下 Fn 再按上面的快捷键即可；

❓ 想知道更多快捷键？

   VS中常用的快捷键  👈 戳我！

0x07 调试时查看程序当前信息

💬 查看方法：调试(D) → 窗口(W) → 选择相应的选项；

📌 注意事项：只有调试之后才会显示调试窗口里的选项；

0x08 查看断点

📚 作用：调试多个文件时，可以很好地管理多个文件的断点；

0x09 监视

📚 作用：在调试开始之后，便于观察变量的值；

📌 注意事项：要填入合法的表达式；

💬 监视操作（手动添加）：

0x0A 自动窗口

📚 作用：编辑器自行监视，随着代码自动给出值；

📌 注意事项：

     ① 自动窗口和监视是一样的效果，但是自动窗口里的表达式会自动发生变化；

     ② 自由度低，自动窗口是编辑器自己监视，你管不了；

0x0B 查看局部变量

📚 作用：查看程序进行到当前位置时上下文的局部变量，编辑器自主放到窗口中进行相应的解释，只有局部变量和数组；

💬 查看局部变量：

0x0C 查看内存信息

📚 作用：在调试开始之后，用于观察内存信息；

💬 查看内存信息：

0x0D 查看调用堆栈

📚 作用：通过调用堆栈，可以清晰地反应函数的调用关系和所处的位置；

💬 查看调用堆栈：

0x0E 查看汇编信息

📚 在调试开始后，有两种方式转到汇编：

     ① 第一种方式：右击鼠标，选择 " 转到反汇编 "

     ② 第二种方式：调试 → 窗口 → 反汇编

💬 查看反汇编：

0x0F 查看寄存器信息

📚 作用：可以查看当前运行环境的寄存器的实用信息；

💬 查看寄存器：

0x10 条件断点

❓ 假设某个循环要循环1000次，我怀疑第500次循环时程序会出问题，那么我要打上断点然后再按500次 F10 吗？这样一来手指头不得按断了？

💡 方法：使用条件断点；

💬 在断点设置好之后右键鼠标，选中条件：

🐞 按下 F5 后，i 会直接变为 5 ：

0x11 调试的感悟

📜 箴言：

     ① 多多动手，尝试调试，才能有进步；

     ② 一定要熟练掌握调试的技巧；

     ③ 初学者可能80%的时间在写代码，20%的时间在调试。

          但是一个程序员可能20%的时间在写程序，但是80%的时间在调试；

     ④ 我们所讲的都是一些简单的调试。

          以后可能会出现很复杂的调试场景：多线程程序的调试等；

     ⑤ 多多使用快捷键，提升效率；

四、一些调试的实例

0x00 实例一

💬 实现代码：求 1！+ 2！ + 3！ ··· + n！（不考虑溢出）

int main()
{
  int n = 0;
  scanf("%d", &n); // 3
  // 1！+ 2！+ 3！
  // 1    2    6  =  9
  int i = 0;
  int ret = 1;
  int sum = 0;
  int j = 0;
  for (j = 1; j <= n; j++) {
  for (i = 1; i <= j; i++) {
    ret *= i;
  }
  sum += ret;
  }
  printf("%d\n", sum);
  return 0;
}

🚩 运行结果如下：

❓ 结果应该是9才对，但是输出结果为15，代码出错了；代码又没有语法错误，代码能够运行，属于运行时错误，而调试解决的就是运行时错误；

🐞 此时我们试着调试：

💡 此时我们发现了问题：每一次求阶乘时，应该从1开始乘，所以每一次进入时 ret 要置为1；

int main()
{
  int n = 0;
  scanf_s("%d", &n); // 3
  // 1！+ 2！+ 3！
  // 1    2    6  =  9
  int i = 0;
  int ret = 1;
  int sum = 0;
  int j = 0;
  for (j = 1; j <= n; j++) {
  ret = 1; // 每次进入，置为1，重新开始乘
  for (i = 1; i <= j; i++) {
    ret *= i;
  }
  sum += ret;
  }
  printf("%d\n", sum);
  return 0;
}

🚩 运行结果如下：

🔺 解决问题：

     ① 要知道程序应该是什么结果：预期

     ② 调试的时候发现不符合预期，就找到问题了；

0x01 实例二

💬 下列代码运行的结果是什么？

int main()
{
  int i = 0;
  int arr[10] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
//                       👇 越界访问了
  for (i = 0; i <= 12; i++) {
  printf("hehe\n");
  arr[i] = 0;
  }
  return 0;
}

🚩 运行结果如下：

❓ 研究导致死循环的原因：

💡 解析：

🔺 本题正确答案：死循环，因为 i 和 arr 是里昂个局部变量，先创建 i，再创建 arr，又因为局部变量是放在栈区上的，栈区的使用习惯是先使用高地址再使用低地址，所以内存的布局是这样子的（如图），又因为数组随着下标的增长地址是由低到高变化的，所以数组用下标访问时只要适当的越界，就有可能覆盖到 i，而 i 如果被覆盖的话，就会导致程序的死循环；