_{C++基础教程}
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C语言部分^卷1C语言基础语法
^{_节5使用VS调式程序}

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C++基础教程 —— C语言部分卷1C语言基础语法 节5使用VS调式程序 最新版本V2.0 王道C++团队 COPYRIGHT ⓒ 2021-2024. 王道版权所有概述编译和链接的错误编译错误链接错误用Debug模式调用时运行时问题(Bug)打断点Debug模式启动程序界面窗口布局功能按钮介绍监视窗口内存窗口The End

概述

_Gn!
写代码总不是一帆风顺的，总会碰到一些问题，检查问题，排除错误(也就是Debug程序)，对于任何程序员而言都是基本功。
我们前面讲过，C语言是一门很容易出错，且自身不提供异常处理机制的语言，这导致程序员难以发现解决问题。
但好在利用集成开发环境Visual Studio写C语言代码时，VS给我们提供了一系列的手段来排查解决问题，这就是VS的Debug模式。
本节课的内容很重要，VS的Debug模式不仅是重要的排错手段，也是学习C语言的利器，大家要认真学习。

编译和链接的错误

_Gn!
要想使用VS的Debug模式来调试程序，那么首要的前提是程序能够正常启动，也就是程序的问题不能出现在"C源文件 --> C可执行程序"的过程中。
我们都知道，在这个过程中，程序会经历编译(广义)和链接两大过程，所以在讲Debug模式之前，我们先给大家讲一下C程序启动时的编译错误和链接错误。
注：
VS的Debug模式用于调试运行时的错误，而不是编译或链接错误。编译和链接错误必须在程序运行之前解决。

编译错误

_Gn!
编译错误（Compile-time Errors）出现在代码的编译(广义)阶段，表示编译失败。大多数的编译错误，实际上就是疏忽导致的语法错误，比如：
包含了错误的、不存在的头文件。（预处理阶段）
忘记在语句结尾加上分号。
小括号、中括号或大括号不匹配。
类型不匹配，尝试将一个字符串赋值给一个整数类型的变量等。
使用未声明的变量。
...
在VS当中运行下列代码：
编译错误-演示代码
x
1
int main(void) {
2
    a = 100;
3
    return 0;
4
}
这就是一个典型的编译报错。可以通过查看VS的错误列表窗口来检查这个错误：
当然，这个过程需要明确的是：
VS中的C语言代码编译是由内嵌的编译器MSVC完成的，编译错误的报错信息也是这个编译器给出的，然后通过VS的图形界面显示。

链接错误

_Gn!
链接错误（Linking Errors）出现在代码的链接阶段，表示链接失败。链接错误大多和函数调用有关，比如：
调用函数时，把函数的名字写错了。比如想调用printf函数，但是写成了print。
忘记包含头文件。比如使用printf函数但忘记写#include语句。
没有定义一个函数却使用它。
...
在VS当中启动下列代码：
链接错误-演示代码
x
1
// 没有#include <stdio.h>语句
2
int main(void){
3
    printf("hello world!\n");
4
    return 0;
5
}
这就是一个典型的链接报错。可以通过查看VS的错误列表窗口来检查这个错误：
和编译报错信息是编译器给出的一样，链接错误的信息也是链接器给出的。
无论是编译还是链接错误，大多都是简单的语法问题、或主观疏忽导致的。熟练的程序员，程序中即便出现这样的问题，也往往能很快速的解决。
思考：为什么这些与函数调用相关的错误是链接器发出的链接错误呢？为什么不是编译错误呢？
首先我们先谈两个关于函数的概念：
函数声明：指以;分号结尾的函数头。
比如：
C语言函数声明的语法
xxxxxxxxxx
1
1
int test(); // 函数的声明语法
显然函数的声明是不包含函数实现的，一个函数仅声明就像"局部变量仅声明"一样是不可以直接调用的。
函数定义：指包含函数体的一个带有实现的，真正可以调用的函数。
比如：
C语言函数定义的语法
xxxxxxxxxx
1
1
int test() {} // 函数的定义语法，只要带有{}就是一个带实现可调用的函数
接下来我们思考标题的问题，这实际上还是由C程序编译和链接，生成可执行文件的过程决定的。在上一节，我们已经讲解了下图：
链接的过程允许将多个.c源文件合并成一个可执行程序，所以：
某个.c源文件中的代码完全可以调用其它.c源文件中实现的函数
某个.c源文件中的代码完全可以调用外部库函数
所以在编译的过程中，编译器并不会检查调用的某个函数是否真正定义(即函数是否有真正的实现)，最多只会检查它是否存在声明。
而到了链接阶段，链接器会将源代码中所有可能存在的外部引用进行解析，此时如果：
调用了一个完全不存在的函数或者写错了函数名
忘记包含头文件
...
链接器就无法真正将函数的定义(实现)合并到目标文件中，此时链接器就会报错。(不报错不行了，再不报错程序就执行了，但此时代码显然无法执行)
用通俗的话来说，C语言为了能够让程序员调用外部的函数（比如库函数），所以在编译阶段不检查函数的定义，最多检查声明。检查函数是否有定义这个事情，是链接器做的。

用Debug模式调用时运行时问题(Bug)

_Gn!

如果一个程序没有编译和链接上的问题，那么它最终就能够生成可执行文件。当操作系统加载这个可执行文件到内存并运行时，程序开始执行。

但程序的执行经常会超出或不符合程序员的预期，这就是程序的运行时问题，也就是程序员常说的Bug。

为了解决这些Bug，程序员需要进行程序调试。Debug程序的过程，大体有以下几个步骤：

大体判断问题的来源、从而模糊的定位问题
定位具体的错误位置
修改代码
验证问题是否得到解决。

这些过程若全靠程序员凭借肉眼、经验去完成，很多时候是比较困难的。但好在现代集成开发环境（IDE）提供了强大的调试工具，如断点、变量观察、单步执行等，帮助程序员更有效地进行Debug。

VS同样也具有这样强大的功能，下面我们一起来学习一下VS的Debug模式。

首先，给出一段用于Debug演示的代码：

Debug模式-演示代码


x
1
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
2
#include <stdio.h>
3

4
void print_rectangle(int line, int column) {
5
    for (int i = 0; i < line; i++) {
6
        for (int j = 0; j < column; j++) {
7
            printf("#");
8
        }
9
    }
10
}
11

12
int main(void) {
13
    printf("hello world!\n");
14

15
    int a = 10;
16
    int b = 20;
17
    int sum = a + b;
18

19
    printf("请键盘输入一个int整数: ");
20
    int c;
21
    scanf("%d", &c);
22
    if (c > 0){
23
        printf("您输入的数大于0!\n");
24
    }else if (c < 0) {
25
        printf("您输入的数小于0!\n");
26
    }else{
27
        printf("您输入的数就是0!\n");
28
    }
29

30
    printf("接下来开始打印一个矩形,请输入要打印矩形的行数和列数: \n");
31
    int line;
32
    int column;
33
    scanf("%d", &line);
34
    scanf("%d", &column);
35
    print_rectangle(line,column);
36

37
    return 0;
38
}

当然，这一段代码并非完全没有问题，实际上存在一个"bug"，我们可以通过Debug模式轻松找到这个问题并修正。

打断点

_Gn!
若想启动Debug模式，首先要做的就是打断点。如何打断点呢？参考下图：
注意：
如果没有打断点，Debug模式和普通模式启动程序是没有差别的。
断点意味着代码以Debug模式启动时，程序会在断点处暂停，并即将执行该行语句。比如上图中一个位于main函数，第13行的断点，就表示程序启动后将于13行暂停，并即将执行第13行的代码。

Debug模式启动程序

_Gn!
以Debug模式启动程序，在以前章节已经讲过了，也就是下图：
点击下图中的按钮1，即表示使用Debug模式启动程序。而后面的按钮2，则是正常模式启动程序。

界面窗口布局

_Gn!
为了更好的使用Debug模式，推荐大家按照以下窗口布局：
所有需要的窗口，都可以在"主界面调试" --> "窗口"下面找到。
如果搞乱了布局，都可以点击"主界面窗口" --> "重置窗口布局"，重置布局。
若希望打开"解决方案资源管理器"，可以使用快捷键"Ctrl + Alt + L"。
具体应该如何调整窗口布局？
参考下图：
自己尝试一下即可，不要害怕弄乱布局，弄乱了重置布局即可。

功能按钮介绍

_Gn!
上面的都是前期准备，Debug模式调试程序的核心是围绕着一系列功能按钮展开的，如下图所示：
逐一介绍：
按钮1，"继续"按钮。表示立刻跳过当前的断点，转而在下一个断点暂停。若下面没有断点，则执行完毕整个程序，不再暂停。
按钮2，"显示下一条语句"按钮。顾名思义，显示下一条即将执行的语句。（注意是即将执行，还没执行）
按钮3，"逐语句(快捷键为F11)"按钮。执行下一条语句，如果碰到函数调用，则进入函数当中。
按钮4，"逐过程(快捷键为F10)"按钮。执行下一条语句，但会将函数调用作为一条普通语句，直接执行完毕。
按钮5，"跳出(快捷键为shift + F11)"按钮。直接执行完毕当前函数，回到该函数的调用位置。如果在main函数当中点击此按钮，则会直接将程序整个执行完毕。
按钮6，"停止调试"按钮。
按钮7，"重新开始"按钮。
以上，请大家自行尝试使用，熟悉每一个按钮的功能。你找到演示程序中的"Bug"了吗？
注：Debug过程，不仅要查看VS当中的窗口，还需要要配合查看控制台输出以确定程序的运行状态。

监视窗口

_Gn!
下面开始介绍上面提到的几个Debug窗口，首先介绍监视窗口。监视窗口是我们日常Debug过程中，最常用的一个窗口。
监视窗口的作用很简单，它允许你在调试过程中实时查看程序中变量的取值，还可以对它们做各种运算操作。这样，程序员就可以观察程序的运行状态，查找错误，修改bug等。
具体而言，在监视窗口中主要可以做到以下几个功能：
查看变量的值：可以查看和监控程序中所有变量或者表达式的当前值。
修改变量的值：你可以直接在监视窗口中修改变量的值，来观察程序的行为。
计算表达式：可以输入和计算表达式，观察表达式的值如何随着程序的执行而改变。
查看变量的内存地址：输入"&变量名"，即可查看变量的内存地址(值)。
这些操作大家可以自行探索，可以参考下图：

内存窗口

_Gn!
使用监视窗口得到变量的地址值后，可以将该地址值拖进到内存窗口的地址框，从而查看该变量在虚拟内存空间的内存布局。
如下图所示：
该窗口是很重要的，调试C程序是比较经常需要查看内存窗口的。

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概述

编译和链接的错误

编译错误

编译错误-演示代码

链接错误

链接错误-演示代码

C语言函数声明的语法

C语言函数定义的语法