C语言基础：（八）VS实用调试技巧

调试是软件开发过程中不可或缺的环节，高效的调试技术能显著提升开发者的生产力。Visual Studio 作为业界领先的集成开发环境，提供了强大的调试工具链，帮助开发者快速定位和修复代码中的问题。掌握这些调试技巧不仅能缩短开发周期，还能减少因低级错误导致的反复修改。 在实际开发中，许多开发者仅利用了 Visual Studio 调试功能的冰山一角。从基础的断点设置到复杂的内存分析，Visual Studio 的调试工具覆盖了从简单逻辑错误到性能瓶颈的各类场景。通过合理运用这些工具，开发者可以深入理解代码的执行流程，甚至在问题发生前预防潜在缺陷。 本文将介绍一系列实用且高效的调试技巧，包括但不限于条件断点、数据可视化、多线程调试和性能分析等。无论你是刚接触 Visual Studio 的新手，还是希望进一步提升调试效率的资深开发者，这些技巧都能为你的开发工作带来实质性的帮助。

一、什么是bug？

bug的英文本意是“昆虫”或“虫子”，现在一般是指在电脑系统或程序中，隐藏着的一些未被发现的缺陷或问题，简称程序漏洞。

“Bug” 的创始人格蕾丝·赫柏（Grace Murray Hopper），她是⼀位为美国海军工作的电脑专家，1947年9月9日，格蕾丝·赫柏对Harvard Mark II设置好17000个继电器进行编程后，技术人员正在进行整机运行时，它突然停止了工作。于是他们爬上去找原因，发现这台巨大的计算机内部一组继电器的触点之间有一只飞蛾，这显然是由于飞蛾受光和热的吸引，飞到了触点上，然后被高电压击死。所以在报告中，赫柏用胶条贴上飞蛾，并把“bug”来表示“一个在电脑程序里的错误”，“Bug”这个说法一直沿用到今天。下图为历史上的第一个bug。

二、什么是调试（debug）？

当我们发现程序中存在的问题的时候，那下一步的目标就是找到问题并修复问题。而这个找问题的过程就被称为调试，英文叫debug，即消灭bug的意思。

要调试一个程序，首先需要承认出现了问题，然后通过各种手段去定位问题的位置，可以通过逐过程的调试，也可以通过隔离和屏蔽代码的方式，找到问题所在的位置，然后确定错误产生的原因，再修复代码，重新测试。

三、Debug和Release

在VS上编写代码时，我们可以看到有debug和release两个选项，它们分别是什么意思呢？

Debug称为调试版本，它包含调试信息，并且不作任何优化，便于程序员调试程序。程序员在编写代码时，需要经常性的调试代码，就将这里设置为debug，这样编译产生的是debug版本的可执行程序，其中包含了调试信息，是可以直接调试的。

Release称为发布版本，它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都是最优的，以便用户更好地使用。当程序员写完代码，完成了对程序的测试，使得程序的质量符合交付给用户使用的标准，这个时候就会设置为release，编译产生的就是release版本的可执行程序，它是给用户使用的，无需包含调试信息等。下图为Release和Debug版本的对比：

我们对比之后发现，对于可执行文件的大小，release版本明显比debug版本更小。

四、VS调试快捷键

4.1 环境准备

要想进行调试，首先要进行环境的准备，需要一个支持调试的开发环境。我们使用的是VS，应该在VS上设置为Debug，如图所示：

4.2 调试快捷键

调试常用的几个快捷键如下：

F9：创建断点和取消断点。断点的作用是可以在程序的任意位置设置断点，打上断点就可以使程序执行到想要的位置暂停执行，接下来我们就可以使用F10、F11这些快捷键，观察代码的执行细节。也可以创建条件断点，即当满足某个条件时才触发的断点。

F5：启动调试，经常用来直接跳到下一个断点处，一般用于和F9配合使用。

F10：逐过程，通常用来处理一个过程，一个过程可以是一次函数调用，或者是一条语句。

F11：逐语句，就是每次都执行一条语句，但是这个快捷键可以使我们的执行逻辑进入函数内部。在函数调用的地方，想进入函数观察细节，必须使用F11，如果使用F10，直接完成函数调用。

CTRL + F5：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。

关于VS的更多快捷键可以参考：VS快捷键大全-CSDN博客

五、监视和内存观察

在调试的过程中，我们应该怎么观察代码在执行过程中，上下文环境中变量的值呢？

注意，我们要先开始调试后再进行观察。现在以以下代码为例：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int arr[10] = { 0 };
    int num = 100;
    char c = 'w';
    int i = 0;
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        arr[i] = i;
    } 
    return 0;
}

5.1 监视

开始调试后，在菜单栏中找到【调试】->【窗口】->【监视】，我们打开任意一个监视窗口，输入想要观察的对象就行。操作演示如下：

打开监视窗口：

在监视窗口中观察：

5.2 内存

如果监视窗口看的不够仔细，也可以观察变量在内存中的存储情况，在【调试】->【窗口】->【内存】。操作演示如下：

打开内存窗口：

在内存窗口中观察数据：

打开内存窗口之后，要在地址栏输入：arr，&num，&c这类地址，我们就能观察到该地址处的数据。

除此之外，在调试的窗口中还有：自动窗口、局部变量、反汇编、寄存器等窗口，可供我们从多个角度调试代码。

六、调试举例

6.1 示例1

在VS2022版本、x86（32位）、Debug的环境下，如果编译器不做任何优化的话，下面的代码执行结果是啥？

#include <stdio.h>
int main()
{
    int i = 0;
    int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    for(i=0; i<=12; i++)
    {
        arr[i] = 0;
        printf("hehe\n");
    } 
    return 0;
}

运行程序后，发现死循环了，我们来调试一下。

通过调试我们可以发现上面程序的内存布局如下：

栈区内存的使用习惯是从高地址向低地址使用的，所以变量i的地址是比较大的。arr数组的地址整体是小于i的地址。 数组在内存中的存放是：随着下标的增长，地址是由高到低变化的。

根据上述知识，结合代码，我们就可以理解上图的内存布局了。、

如果是上图的内存布局，那么随着数组下标的增长，往后越界就有可能覆盖到i，这样就可能造成死循环了。

或许有些人会产生疑问：为什么i和arr数组之间恰好会空出2个整型的空间呢？这里确实是一个巧合，在不同的编译器下可能中间空出的空间大小是不一样的。代码中这些变量内存的分配和地址分配是编译器指定的，所以不同的编译器之间就会产生差异。所以这是和环境相关的。

从这个例子中我们就能深切地体会到调试的重要性，只有调试才能观察到程序内部执行的细节，就好比医生给病人做B超、CT一样。

注意：栈区的默认使用习惯是先使用高地址，再使用低地址的空间，但是这个具体还是要依赖于编译器的实现，比如：在VS上切换到x64，这个使用的顺序就是相反的，在Release版本的程序中，这个使用的顺序也是相反的。

6.2 示例2：扫雷

我们应该如何调试比较复杂的代码呢？下面就以之前做的扫雷项目为例：

演示：

• 在函数内部大断点，快速跳转到函数
• 在数组传参，调试进入函数，如何在监视窗口观察数组的内容：以“数组名，n”的形式。

以下分别为一维数组和二维数组，通过形参关键数组内容的演示：

在调试过程中，我们要做到心中有数，也就是程序员需要清楚地知道代码怎么执行，然后再去看代码有没有按照我们预定的路线在执行。

调试是需要反复动手去练习的，它可以增加程序员对代码的理解和掌控，掌握了调试的能力量就能看到调试的本质，做到庖丁解牛一般，对程序内部一览无余。

七、编程常见错误归类

7.1 编译型错误

编译型错误一般都是语法上的错误，这类错误一般看错误信息就能找到一些蛛丝马迹，双击错误信息也能初步跳转到代码错误的地方或者附近。随着对语言的熟练掌握，编译错误也会越来越少，也更加容易解决。

7.2 链接型错误

看错误提示信息时，我们主要需要再代码中找到错误信息中的标识符，然后定位问题所在。一般是因为：

• 标识符名不存在
• 拼写错误
• 头文件没包含
• 引用的库不存在

7.3 运行时错误

运行时的错误是千变万化的，需要借助调试，逐步定位问题，调试解决的是运行时问题。

以上就是本期博客的全部内容啦~如果本期博客加深了各位读者朋友对于VS调试的理解，还请一键三连多多支持一下哦！~后续我还会更新更多优质好文的~