3-2 调试过程

假设你写了一个程序，但它运行不正常——代码编译通过，运行时却得到错误结果。这说明某个地方存在语义错误。如何定位错误？如果你遵循最佳实践，采用小步编写加测试的开发模式，或许能大致锁定问题所在；也可能完全毫无头绪。

所有错误都源于一个简单前提：你认为正确的东西其实是错误的。而真正找出错误所在往往充满挑战。本节课我们将概述程序调试的一般流程。

由于目前尚未涉及太多C++主题，本章示例程序将保持基础性。这可能使某些技术手段显得过度复杂。但请谨记：这些技术正是为大型复杂程序设计的，在实际应用中（即你最需要它们的场景）将发挥更大价值。

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调试的一般方法

一旦发现问题，调试过程通常包含六个步骤：

1. 找出问题的根本原因（通常是导致故障的代码行）。我们将在下一课讨论实现此目标的策略。
2. 确保理解问题发生的原因。
3. 确定修复问题的方案。
4. 修复导致问题的故障点。
5. 重新测试以确认问题已解决。
6. 再次测试以确保未引发新问题。

让我们用生活类比说明：假设某晚你打开冰箱取冰，将杯子对准出冰口按下按钮——冰块却毫无动静。糟糕，你发现了故障。你会怎么做？很可能开始排查以找出问题根源。

找出根本原因：既然能听到制冰机试图送冰的声音，问题很可能不在于送冰装置本身。于是你打开冷冻室，检查冰格。没有冰块。这是问题的根源吗？不，这只是另一个症状。经过进一步检查，你发现制冰机似乎没有制冰。问题出在制冰机还是其他地方？冷冻室温度正常，进水管未堵塞，其他功能均运行良好，因此你得出结论：根本原因在于制冰机失效。

理解问题：此情况很简单。故障制冰机无法制冰。

确定解决方案：此时有几种选择：可采取临时措施（从商店购买袋装冰）；可进一步诊断制冰机故障，查看是否有可修复的部件；可购买新制冰机替换现有设备。或直接更换整个冷冻柜。你最终决定购买新制冰机。

修复故障：新制冰机送达后立即完成安装。

复测验证：恢复供电并静置过夜后，新制冰机开始正常制冰，未发现新问题。

现在让我们将此流程应用于上一课的简单程序

#include <iostream>

int add(int x, int y) // this function is supposed to perform addition
{
    return x - y; // but it doesn't due to the wrong operator being used
}

int main()
{
    std::cout << "5 + 3 = " << add(5, 3) << '\n'; // should produce 8, but produces 2

    return 0;
}

这段代码有一个优点：错误非常明显，因为错误的答案通过第10行被打印到屏幕上。这为我们的排查提供了起点。

找出根本原因：在第10行，我们可以看到参数传递的是字面量（5和3），因此这里不可能出错。既然函数add的输入正确而输出错误，显然问题出在add函数内部。该函数中唯一的语句就是return语句，这必然是罪魁祸首。我们已锁定问题行。既然明确了关注点，通过检查发现“减法操作取代了加法”这一错误就变得显而易见了。

理解问题：在此案例中，错误值产生的原因显而易见——我们使用了错误的运算符。

确定解决方案：只需将 operator- 替换为 operator+。

修复问题：实际操作是将 operator- 替换为 operator+，并确保程序重新编译。

重新测试：实施修改后，再次运行程序将显示正确结果8。对于此类简单程序，测试至此已足够。

此例虽简单，却完整展现了诊断任何程序时需经历的基本流程。