目录
- 一.调试
- 1.什么是调试
- 2.调试语义的分类
- 2.1 静态语义
- 2.2 动态语义
- 二.实用的调试技巧
- 1.屏蔽代码
- 2.借助打印
- 3.查看汇编代码
- 4.调试技巧总结
一.调试
1.什么是调试
调试，通俗易懂地说就是不断排查代码的错误，进行修正的过程，在写代码的时候，我们会经常碰到一个问题：代码的执行不符合我们的预期结果。这时，就需要自己进行手动调试，纠正其中的错误，调试是一个非常重要的技巧，没有任何人可以保证他的代码写出来就是一定正确的，这里也只是举例一些我个人认为实用的技巧，因为要调试的技巧严格来说，需要具体情况，具体分析，它更加需要实战经验的层层叠加
2.调试语义的分类
在mit计算机科学及编程导论，提到了一个概念——语言的语义，课程的教授将编程语言的语义进行划分成两类：static（静态）、full（动态）
2.1 静态语义
定义：静态指的是该语言在运行前（编译阶段）对代码语义规则的检查，比如：使用的变量是否声明过，使用的语法非法（对空指针解引用，负整数进行取模）
检查方式：根据编译器报错和警告信息的提示，去相应的地方排查
2.2 动态语义
定义：动态指的是语言在运行时进行的语义规则的检查，这些规则关注的是代码的实际行为，该一语义就是调试场景中最为常见的
检查方式：在代码的执行过程中
例子：
具体讲解：计算机科学及编程导论（第一集的39.53）
二.实用的调试技巧
这里提供的技巧，重在讲解如何通过讲述的方法进行调试，而相应的例子是我自己在写代码时候碰到的场景，尽可能地融进我所搭建的场景去感受使用对应技巧纠正的过程
1.屏蔽代码
在写代码时，可能我们根本找不到代码出错的位置，因为如果是编译语义它还不能进行调试，这是可以挨着挨着屏蔽部分代码，进行错误定位，再进行规则分析
前置场景：使用C++实现vector数据结构时，正写完了vector的迭代器区间的构造，再测试test_vector7时出现了错误
实例：
//vector.h
//在自己包含的实现其结构，并包含相应的测试函数
#include<assert.h>
#include<iostream>
using namespace std;
namespace sy
{
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
void swap(vector<T>& x)
{
std::swap(_start, x._start);
std::swap(_finish, x._finish);
std::swap(_end_of_storage, x._end_of_storage);
}
vector()
{}
vector(const vector<T>& x)
{
reserve(x.capacity());
for (auto& e : x)
{
push_back(e);
}
}
//正写完的构造函数
template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
first++;
}
}
vector(size_t n, const T& val = T())
{
reserve(n);
while (_finish != _end_of_storage)
{
*_finish = val;
_finish++;
}
}
vector(initializer_list<T> il)
{
reserve(il.size());
for (auto& e : il)
{
push_back(e);
}
}
vector<T>& operator=(vector<T> x)
{
swap(x);
return *this;
}
~vector()
{
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}
}
size_t capacity() const
{
return _end_of_storage - _start;
}
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
T& operator[](size_t i)
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t old_size = size();
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
for(size_t i = 0;i < old_size ;i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + old_size;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _end_of_storage)
{
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();
reserve(newcapacity);
}
*_finish = x;
++_finish;
}
void pop_back()
{
assert(_finish > _start);
--_finish;
}
void insert(iterator pos,const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _end_of_storage)
{
//异地扩容，pos下标应该更新
size_t len = pos - _start;
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();
reserve(newcapacity);
pos = _start + len;
}
iterator it = _finish - 1;
while (it >= pos)
{
it[1] = it[0];
it--;
}
*pos = x;
++_finish;
}
void erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it < _finish)
{
it[-1] = it[0];
it++;
}
--_finish;
}
void resize(size_t n,T val = T())
{
if (n > capacity())
{
reserve(n);
while (_finish != _end_of_storage)
{
*_finish = val;
_finish++;
}
}
else
{
_finish = _start + n;
}
}
private:
iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _end_of_storage = nullptr;
};
void test_vector1()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
//v.push_back(5);
//v.push_back(6);
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
cout << v[i] << " ";
}
cout << endl;
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
v.insert(v.begin() + 1, 20);
int x = 2;
cin >> x;
auto p = find(v.begin(), v.end(), x);
if (p != v.end())
{
v.insert(p, x * 10);
}
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector2()
{
vector<int> v1(10, 1);
vector<size_t> v3(10u, 1u);
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
vector<int> v2 = { 1,2,3,4,5,6 };
for (auto e : v2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector3()
{
vector<int> v = { 1,2,3,4,5,6 };
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
int x;
cin >> x;
auto p = find(v.begin(), v.end(), x);
if (p != v.end())
{
v.erase(p);
}
else
{
cout << "没有找到" << x << endl;
}
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector4()
{
vector<int> v = { 1,2,2,3,4,5,6 };
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector5()
{
vector<int> v = { 1,2,2,3,4,5,6 };
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
v.resize(20, 1);
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
v.resize(5);
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector6()
{
vector<int> v1 = { 1,2,2,3,4,5,6 };
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
vector<int> v2(v1);
for (auto e : v2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
vector<int> v3 = { 10,20,20,30 };
v1 = v3;
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector7()
{
vector<int> v1 = { 1,2,2,3,4,5,6 };
vector<int> v2(v1.begin(), v1.begin() + 5);
string s("hello world");
vector<int> v3(s.begin(), s.end());
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (auto e : v2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (auto e : v3)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
}
//test.cpp
int main()
{
sy::test_vector7();
return 0;
}
当前错误：
①这里我刚完成了迭代器区间的构造，才出现的错误，至少可以断定就是由于该构造引起的，就从当前构造还是调试：
调试1
这里就可以断定：
②此时需要放开该语句，对所有测试函数进行一一排查：
调试2
③已经找到出错的测试函数，并对内部语句进行排查：
调试3
锁定到错误语句位置，展开分析：
解决方案：进行函数重载——这也是官方库里的一种方式
纠正
2.借助打印
有时候我们对代码调试不是一直死调试（只跟着条件代码一句一句走），打印这些技巧用起来会非常快，使用打印可以用代码运行的结果去对比预期，看看到底哪里出错了
前置场景：在做一道算法题时，我写的代码出现了不符合预期的情况
算法题目
注意：这里我不具体讲解算法题目，而只是讲解怎样通过对应调试技巧去纠正我预期的目标，所以调试后的代码也不是算法题的最终呈现形式
当时的想法的代码是这样的：
class Solution {
public:
vector<vector<int>> threeSum(vector<int>& nums)
{
sort(nums.begin(), nums.end());
size_t i = 0, j = 0, k = 0;
vector<int> v;
vector<vector<int>> vv;
for (i = 0; i < nums.size(); i++)
{
j = i + 1;
k = nums.size() - 1;
int sum = nums[j] + nums[k];
while (j < k)
{
if (sum > -nums[i]) k--;
else if (sum < -nums[i]) j++;
else
{
v.push_back(nums[i]);
v.push_back(nums[j]);
v.push_back(nums[k]);
vv.push_back(v);
v.clear();
break;
}
}
}
return vv;
}
};
但是当我调试看最终返回的结果时，发现只返回了一组值，就说明有问题：
这里就可以用到刚刚提到的技巧：打印；我就在while循环语句中加了这两句打印代码：
有了这两句代码就可以观察nums中的下标问题，可以看看代码到底出了什么问题：
class Solution {
public:
vector<vector<int>> threeSum(vector<int>& nums)
{
sort(nums.begin(), nums.end());
size_t i = 0, j = 0, k = 0;
vector<int> v;
vector<vector<int>> vv;
for (i = 0; i < nums.size(); i++)
{
j = i + 1;
k = nums.size() - 1;
int sum = nums[j] + nums[k];
while (j < k)
{
//添加打印代码，使得调试更加方便
cout << i << "->" << j << "->" << k;
cout << endl;
if (sum > -nums[i]) k--;
else if (sum < -nums[i]) j++;
else
{
v.push_back(nums[i]);
v.push_back(nums[j]);
v.push_back(nums[k]);
vv.push_back(v);
v.clear();
break;
}
}
}
return vv;
}
};
于是我展开了画图分析：
借助打印得到的信息：
上面分析的两个元素下标都有，但是最终返回的结果只有一个组，说明我的代码内部逻辑是有问题的，于是我检查了j和k的两个下标的逻辑，发现是没有问题的，接下来我就进一步细调试，因为我们已经知道还要返回的组的下标是[2,3,4]，所以直接在while循环中借助条件语句在里面打断点：
细调就可以把相关的变量都列出来，好观察细节：
问题出现了：
这里我们k–了以后，用的sum还是上一次的sum就导致没有正确的判断，所以应该把sum那一段语句放到循环里面，这样才能解决当前问题：
返回的结果：
这里对于条件语句打断点需要注意：
- 条件语句如果没有内容，是打断不了的
- 要想能够断的住，可以随便加一条语句（如果仅仅只是声明一个变量也断不住），断点还需打在条件语句中的内容，不能只打在条件语句上
- vs的断点还提供了一种条件断点，借助某种条件打断，可自行去了解
调试后更改的最终代码：
class Solution {
public:
vector<vector<int>> threeSum(vector<int>& nums)
{
sort(nums.begin(), nums.end());
size_t i = 0, j = 0, k = 0;
vector<int> v;
vector<vector<int>> vv;
for (i = 0; i < nums.size(); i++)
{
j = i + 1;
k = nums.size() - 1;
int sum = nums[j] + nums[k];
while (j < k)
{
int sum = nums[j] + nums[k];
cout << i << "->" << j << "->" << k;
cout << endl;
if (sum > -nums[i]) k--;
else if (sum < -nums[i]) j++;
else
{
v.push_back(nums[i]);
v.push_back(nums[j]);
v.push_back(nums[k]);
vv.push_back(v);
v.clear();
break;
}
}
}
return vv;
}
};
当然，这里调试更改后的代码，只是解决了我那个时候的需求，并不是算法题的最终代码，因为还有去重+固定的i剩余还有其他组的问题，这里也不在讲解了，只是借助这个题目讲解打印这一调试技巧，我在解这道题后面时还是使用过这个技巧
该道算法题的最终的我的写法：
//借助数据结构set去重的版本
class Solution {
public:
vector<vector<int>> threeSum(vector<int>& nums)
{
sort(nums.begin(), nums.end());
size_t i = 0, j = 0, k = 0;
vector<int> v;
vector<vector<int>> vv;
set<vector<int>> s;
for (i = 0; i < nums.size(); i++)
{
j = i + 1;
k = nums.size() - 1;
while (j < k)
{
cout << i << "->" << j << "->" << k;
cout << endl;
int sum = nums[j] + nums[k];
if (sum > -nums[i]) k--;
else if (sum < -nums[i]) j++;
else
{
v.push_back(nums[i]);
v.push_back(nums[j]);
v.push_back(nums[k]);
//借助数据结构set来去重
//将插入的v在进行排序
sort(v.begin(), v.end());
s.insert(v);
v.clear();
//i固定后，还需判断剩下的元素因为要返回的是所有
j++;
}
}
}
set<vector<int>>::iterator it = s.begin();
while (it != s.end())
{
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
//set里面存储的是vector，*it就是vector
//(*it)[i]就是vector内的元素
v.push_back((*it)[i]);
}
vv.push_back(v);
v.clear();
it++;
}
return vv;
}
};
//不借助数据结构去重的版本
//该版本的去重操作非常牛逼！！！
class Solution {
public:
vector<vector<int>> threeSum(vector<int>& nums)
{
sort(nums.begin(), nums.end());
vector<vector<int>> vv;
for (size_t i = 0; i < nums.size(); )
{
size_t j = i + 1;
size_t k = nums.size() - 1;
while (j < k)
{
int sum = nums[j] + nums[k];
if (sum > -nums[i]) k--;
else if (sum < -nums[i]) j++;
else
{
vv.push_back({ nums[i] ,nums[j] ,nums[k] });
j++, k--;
//去重后面的区间
while (j < k && nums[j] == nums[j - 1]) j++;
while (j < k && nums[k] == nums[k + 1]) k--;
}
}
//去重重复的固定数i
i++;
while (i < nums.size() && nums[i] == nums[i - 1]) i++;
}
return vv;
}
};
3.查看汇编代码
有的时候，实在看不出调试中的代码有任何问题就可以试一下查看汇编代码，汇编代码是不会骗人的，并且在理解底层的一些设计的时候，汇编代码就会显得非常重要，当然真正实践中也不会经常使用这种调试方法，是迫不得已才会使用的技巧
下面来看一道面试题目：
使用delete[ ]释放new[ ]出来的一段连续空间，为什么new出来的空间会多出一个元素的大小？
class A
{
public:
A(int a = 0)
: _a(a)
{
cout << "A():" << this << endl;
}
~A()
{
cout << "~A():" << this << endl;
}
private:
int _a;
};
这里会分为四种情况，我们来一一解决，前提：使用new[ ]开辟空间
情况1：含有析构函数，使用delete
int main()
{
A* p = new A[5];
delete p;
return 0;
}
运行：
情况2：含有析构函数，使用delete[ ]
int main()
{
A* p = new A[5];
delete[] p;
return 0;
}
这次运行是没有问题的，并且也是该面试问的问题的场景：
打开内存窗口查看内存：
通过窗口可以看到，p明明只是开辟了5个A大小的空间，但在p地址的前面还存了一个元素的空间，并且为5
delete[ ]的底层原理：
- 在释放的对象空间上执行N次析构函数，完成N个对象中资源的清理
- 调用operator delete[]释放空间，实际在operator delete[]中调用operator delete来释
放空间
而前面存储的值——5，就是拿来给析构函数用的，因为new出来了5个元素大小，就需要对应相应次数的析构函数才会保证合法释放资源的问题
用汇编代码验证：
情况3：不含有析构函数，使用delete
运行又是正常的，这又是为什么呢？
原因：编译器底层做了优化处理，delete底层调用的是free，free会直接把资源释放得干干净净的，这里可以查看以下内存窗口(只开了5个元素的大小)：
查看汇编：
注意：但是这种写法还是不推荐
情况4：不含有析构函数，使用delete[ ] ——运行没有问题
小结：在使用new和delete的时候要学会匹配对应的进行使用
4.调试技巧总结
| 调试技巧 | 使用场景 |
|---|---|
| 屏蔽代码 | 难找到的错误编译信息（不能进行断点观察），便于定位错误代码位置 |
| 借助打印 | 对可能出错的位置进行穷举，快速得到实际运行得到的结果 |
| 查看汇编代码 | 理解底层代码的有利帮手，万不得已的手段 |
