C/C++程序的断点调试 - Qt Creator

本文以Qt Creator为例，简述C/C++程序断点调试的基本方法和过程。其它的IDE环境，大同小异。

1. 简介

在程序有BUG/缺陷，需要修复时，断点调试是发现缺陷的重要方法。对于初学者而言，断点调试还有另外一个用途：帮助理解程序背后的逻辑。

本文以Qt Creator为例，简述C/C++程序断点调试的基本方法和过程。其它的IDE环境，大同小异。

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2. 程序代码

在Qt Creator中创建一个Non Qt - Plain C Application （纯C控制台应用程序），然后录入如下代码：

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//Project - DebugExample
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

bool isPrime(int n) {     //函数的定义
    if (n<=1)
        return false;
    for (int i=2;i<n;i++)
        if (n % i == 0)
            return false;

    return true;
}

int main(){
    printf("Try to find all prime number(<=10):\n");

    int iFound = 0;       //发现的质数个数
    for (int i=2;
         i<=10;
         i++)
    {
        if (!isPrime(i))
            continue;
        iFound++;
        printf("%d, ",i);
    }

    printf("\n%d prime numbers been found.",iFound);
    return 0;
}

上述程序的用途在于找出2 ~ 10之间的全部质数并打印出来。请读者注意第19 ~ 21行，for循环的初始化语句，测试表达式，更新表达式故意分作了三行，以便于观察。

3. 断点

在第18行代码的行号左边（图中红框A处）单击鼠标，便会出现如图所示的断点（break point），在相同位置再次单击，断点便会消失。可以给同一段程序添加多个断点。

单击图中红框B内的按钮，断点调试开始。

4. 调试

与正常的程序运行不同，黑色的控制台界面一闪而过，程序将暂停在第18行的断点处。读者仔细观察，应可见第18行行左会出现一个黄色的箭头（图中标A处），该黄色箭头表明当前程序执行点，准确地说，箭头所指向的行是接下来准备执行的代码行。

在界面标B处，有一个列表，这个列表列出了程序当前执行阶段的局部变量的名称及当前值。可以看到，此时，有iFound变量存在，其值为0，类型为int。

展开调试菜单，可以看到很多与调试相关的菜单项。本文主要使用到两个，分别是单步跳过（F10）以及单步进入（F11)。在调试过程中，使用该菜单与直接按下F10、F11作用相同。本文主要使用快捷键来完成。读者需要注意，如果你使用的是笔记本电脑，笔记本电脑的F10、F11等键通常是复用的，你可能需要结合其它按键来触发F10、F11按键。如果实在弄不明白，也可以使用调试菜单。

按一下F10(单步跳过)，可以看到第18行被执行，黄色箭头指向第19行。此时，for循环内的局部变量i出现在右方的列表中，其值为16，这说明for循环局部变量i的空间已被分配，但for循环的初始化语句尚未执行，i还没有获得初始值0。

注意：在变量没有被初始化前，其值是不确定的，所以读者真实调试时，得到的值很可能不是16。

再次按下F10(单步跳过)，可以看到黄色箭头指向第23行。因为for循环初始化语句的执行，右方列表中i的当前值变成了2。

第23行涉及一次函数调用，如果操作者希望观察isPrime( )函数内部的执行过程，应按F11(单步进入)。如果操作者不关心isPrime( )内部的执行过程，只关心23行的总体执行结果，则按F10(单步跳过)。本次，我们按F11。

按下F11后，我们进入到了isPrime( )函数内部，黄色箭头指向第6行。对于isPrime( )函数而言，当前其局部变量仅有1个，即函数的形式参数n。该参数的值应由调用者传递进来。在右方的列表中，我们看到该值为2。

一直按F10，直到isPrime( )函数返回，由于2是质数，所以第23行的不是质数的条件不成立，第24行不会被执行，黄色箭头略过了第24行，指向了第25行。

按F10执行第25行后，黄色箭头指向第26行，iFound值由0变为1。

一直按F10进行循环，直到i = 4且黄色箭头指向第23行。

本次我们选择不进入isPrime( )函数，再次按下F10（单步跳过）。

由于i = 4不是质数，因此第23行的条件成立，黄色箭头跳转到第24行的continue语句。

根据continue的语义，其将略过本轮循环的剩余语句（第25 ~ 26行），直接尝试下一轮循环。

再次按下F10，可以看到，continue直接略过了第25 ~ 26行的剩余循环代码，直接跳到了for循环的更新表达式，如图中红色箭头所示。

再次按下F10, 可以看到更新表达式被执行，i值由4变成了5，黄色箭头指向了第19行，该行将进行循环测试(i <= 10)，如果测试通过，则将执行循环体，否则循环结束。

说明：读者可能会疑惑，测试表达式在第20行，为何跳转到第19行？ 作者的回答：此处确实是在执行第20行的循环测试，调试器标指向第19行并不十分恰当。

5. 观察输出

在Windows环境下，读者此时可以按Alt + Tab组合键切换到控制台窗口去观察到当前执行阶段为止的输出情况。

可以看到，2,3两个质数已被找出，4是合数被略过，正准备考察整数5。

说明：也可以在Windows任务栏中点击对应按钮切换到控制台输出窗口，见下图中红色方框所示。

6. 去除断点

如果调试的目的已达成，准备放弃调试，可以再次单击红色断点将其取消，如下图：

此时，可以选择Continue （继续执行，F5），在没有断点的情况下将程序执行完；也可以选停止调试，强行中止程序的执行。

7. 继续执行

取消断点后，我们选择了继续执行。程序执行完成后，Qt Creator与调试相关的箭头，右方的局部变量列表等均消失不见，恢复至常规编辑界面。

在控制台输出窗口中，可以看到程序执行的全部结果。

本文内容节选自作者编著的《Python编程基础及应用》（高等教育出版社）一书。